De werking van een warmtepomp in detail

De warmtepomp is tegenwoordig een van de meest gebruikte energieoplossingen voor de verwarming van woningen. Het principe van een warmtepomp is vergelijkbaar met dat van een koelkast, maar dan in omgekeerde richting. In plaats van warmte uit een ruimte af te voeren, haalt een warmtepomp warmte op uit de omgeving – zoals de lucht, de bodem of grondwater – en levert deze als verwarmingsenergie aan het huis. Deze technologie biedt een efficiënte manier om te verwarmen met minder energiegebruik en lagere CO2-uitstoot, wat het een aantrekkelijke optie maakt voor duurzame woningbouw en renovatieprojecten.

In deze artikel wordt de werking van een warmtepomp uitgebreid beschreven aan de hand van vier kernstappen, technische componenten, en de verschillende typen warmtepompen. We leggen uit hoe het systeem op warmte afhaakt uit de omgeving en deze omzet in bruikbare verwarming. Ook bespreken we de voordelen, toepassingsmogelijkheden en enkele kostenindicaties van warmtepompen.

Hoe werkt een warmtepomp in principe?

De kern van een warmtepomp is het principiële proces van warmteopname, compressie, warmteafgifte en expansie. Dit proces maakt gebruik van een gesloten systeem waarin een koelmiddel circuleert. De warmtepomp onttrekt warmte aan een bron – zoals de buitenlucht of de bodem – en verwerkt deze via een cyclus zodat het kan worden gebruikt voor verwarming of warmwater.

1. Warmteopname

Het proces begint met het opnemen van warmte uit de omgeving. Een warmtepomp kan hierbij gebruik maken van lucht, grondwater of de bodem als bron. De temperatuur van deze bronnen kan zelfs bij lage omgevingstemperaturen (zoals -20°C) nog warmte bevatten, die door een ventilator of circulatiepomp wordt onttrokken.

De warmte wordt opgenomen door een vorstvrije vloeistof die door een buizensysteem stroomt. Deze vloeistof is kouder dan de omgevingstemperatuur, waardoor warmte overgaat naar de vloeistof. Dit gebeurt zelfs bij lage temperaturen, waardoor de warmtepomp effectief blijft werken ook in wintermaanden.

2. Compressie

De vloeistof, die nu warmte bevat, stroomt via een verdamper, waarin koelvloeistof met een kookpunt lager dan 0°C zit. De warmte wordt opgenomen door deze koelvloeistof, die verdampt. De damp wordt vervolgens geperst door een compressor. Het comprimeren van de damp verhoogt zowel de druk als de temperatuur. Hoe efficiënter deze stap is, hoe lager het energieverbruik van de warmtepomp zal zijn.

Jan Hoogmartens, expert bij Viessmann, benadrukt hierbij dat het ontwerp van het koelcircuit van groot belang is voor het rendement van de warmtepomp. Moderne warmtepompen zoals die van Viessmann gebruiken geavanceerde componenten die zorgen voor stille werking, minimaal trillen en een lange levensduur.

3. Warmteafgifte

De hete damp, die nu een temperatuur heeft van ongeveer 55°C (of hoger bij hoge-temperatuurwarmtepompen), stroomt naar een condensor. Hier wordt de warmte afgegeven aan het verwarmingssysteem van het huis. Dit kan bijvoorbeeld een radiatoren- of vloerverwarmingsysteem zijn, of een buffervat voor warm water. De warmte wordt dus getransformeerd van een lage omgevingstemperatuur naar een bruikbare temperatuur voor de verwarming.

4. Expansie en herhaling

Na de warmteafgifte stroomt het koelmiddel door een expansieventiel, waarbij de druk en temperatuur snel dalen. Hierdoor koelt het koelmiddel af, waardoor het klaar is voor een nieuwe cyclus. Het proces begint dan opnieuw, waarbij het koelmiddel warmte opneemt uit de omgeving.

Deze cyclus is continu en herhaalt zich zolang er warmte beschikbaar is in de bron. Het gehele systeem is ontworpen om zo weinig mogelijk energie te verbruiken, terwijl het toch voldoende warmte levert om een woning comfortabel te verwarmen.

De technische componenten van een warmtepomp

Een warmtepomp bestaat uit verschillende essentiële componenten die samenwerken om het proces van warmteopname en -afgifte te realiseren:

• Verdamper: Hier wordt de warmte opgenomen door het koelmiddel. De verdamper bevat een koelvloeistof die verdampt bij lage temperaturen.
• Compressor: Deze verhoogt de druk en temperatuur van de damp, waardoor deze bruikbaar wordt voor verwarming.
• Condensor: De hete damp geeft hier zijn warmte af aan het verwarmingssysteem.
• Expansieventiel: Hier wordt de druk en temperatuur van het koelmiddel verlaagd, waardoor het klaar is voor een nieuwe cyclus.
• Elektrisch verwarmingselement (optioneel): In sommige modellen wordt dit gebruikt om eventuele restwarmte op te wekken, bijvoorbeeld in lage-temperatuur situaties.

Naast deze componenten zijn er ook elektronische en regeltechnische systemen die ervoor zorgen dat de warmtepomp efficiënt werkt en automatisch aanpast aan de behoeften van het huis.

Typen warmtepompen

Er zijn verschillende typen warmtepompen, afhankelijk van de bron van warmte en het doel van de warmteafgifte. De meest voorkomende types zijn:

1. Hybride warmtepomp (lucht-water)

Een hybride warmtepomp combineert een lucht-water warmtepomp met een traditionele cv-ketel. Bij lage buitentemperaturen neemt de warmtepomp minder efficiënt warmte op, waardoor de cv-ketel ingeschakeld wordt. Deze oplossing is ideaal voor woningen die volledig op een warmtepomp willen overstappen, maar waarbij de lucht-water warmtepomp niet voldoende is bij extreme kou.

2. Lucht-lucht warmtepomp

Deze warmtepomp verwarmt of koelt lucht direct. Het is vooral populair in woningen met split-systemen of multi-split-systemen. Het is minder geschikt voor woningen met radiatoren, maar ideaal voor comfortabele luchtverwarming en koeling.

3. Lucht-water warmtepomp

De meest gebruikte warmtepomp in Nederland. Ze onttrekt warmte aan de buitenlucht en levert verwarmingswarmte aan een cv-systeem of warmwater. Deze warmtepomp is geschikt voor volledige verwarmingssystemen en kan worden gekoppeld aan zonnepanelen voor maximale duurzaamheid.

4. Water-water warmtepomp

Deze warmtepomp onttrekt warmte uit het grondwater. Het vereist een grondwaterput, wat niet in elke locatie mogelijk is. De opbrengst is echter hoog, omdat grondwater een constante temperatuur heeft.

5. Bodem-water warmtepomp

Bij deze warmtepomp wordt een buis in de bodem geplaatst, waarin koelvloeistof stroomt. De vloeistof onttrekt warmte uit de bodem, die daarna via een verdamper in de warmtepomp terecht komt. Deze warmtepomp is zeer efficiënt, maar vereist wel een grondwerkenproject, wat het duurder maakt.

Voordelen van een warmtepomp

Een warmtepomp biedt diverse voordelen bovenop traditionele verwarmingsmethoden zoals gasverwarming of elektrische verwarming:

• Laag energieverbruik: Omdat een warmtepomp gebruik maakt van gratis warmte uit de omgeving, is het energieverbruik aanzienlijk lager dan bij elektrische verwarming.
• Duurzaam: Een warmtepomp produceert weinig CO2-uitstoot, zeker wanneer deze wordt aangesloten op hernieuwbare energie zoals zonnepanelen.
• Comfort: Een warmtepomp biedt een stabiele en gelijkmatige verwarming, waardoor de woning comfortabel blijft in alle seizoenen.
• Multifunctioneel: Veel warmtepompen kunnen zowel verwarmen als koelen, waardoor ze in de zomer ook worden gebruikt als koelsysteem.
• Lange levensduur: Moderne warmtepompen zijn ontworpen voor een lange levensduur, vaak 15 tot 20 jaar, met weinig onderhoud.

Werking van een warmtepomp met aardwarmte

Aardwarmte is een van de meest stabiele en betrouwbare bronnen voor warmtepompen. De aarde ontvangt warmte van de zon en slaat deze op in de bodem. Op een diepte van ongeveer 50 meter is de temperatuur in de bodem constant rond de 10°C. Dit maakt aardwarmte een ideale bron voor warmtepompen.

Het proces begint met het plaatsen van een buis in de bodem, waarin een vorstvrije vloeistof stroomt. Deze vloeistof onttrekt warmte aan de bodem, die via een verdamper in de warmtepomp terecht komt. Daar wordt de warmte verder verwerkt door de compressor, waarna het geschikt is om het huis te verwarmen. De vloeistof koelt weer af en kan opnieuw worden gebruikt.

De voordelen van aardwarmte zijn duidelijk: de warmte is beschikbaar in alle seizoenen en de warmtepomp kan efficiënt werken ook bij lage buitentemperaturen.

Warmtepomp als onderdeel van een renovatieproject

Bij renovaties is de installatie van een warmtepomp een populaire keuze voor duurzaam en energiezuinig wonen. Het vervangen van een traditionele gasverwarming door een warmtepomp kan leiden tot aanzienlijke energiebesparing en lagere energierekening. Bovendien is het een goede voorbereiding op toekomstige regelgeving rondom CO2-uitstoot en energiebesparing.

In een renovatieproject is het belangrijk om het verwarmingssysteem goed aan te passen aan de warmtepomp. Vloerverwarming is bijvoorbeeld een efficiënte manier om warmtepompwarmte te gebruiken, omdat het werkt met lage temperaturen. Radiatoren kunnen worden gebruikt, maar moeten wel van een type zijn dat geschikt is voor de lage-temperatuurwarmte die een warmtepomp levert.

Kosten en investeringen

Hoewel de aanschafprijs van een warmtepomp relatief hoog is, levert het in de loop van de jaren een aanzienlijke besparing op energiekosten. Ondanks de initiele investering is een warmtepomp een slimme keuze voor wie op zoek is naar duurzaamheid en langdurige kostenefficiëntie.

Hieronder is een overzicht van de gemiddelde kosten van verschillende typen warmtepompen:

Het is belangrijk om rekening te houden met eventuele subsidies of belastingaftrekken die beschikbaar zijn voor de installatie van een warmtepomp. In Nederland zijn er diverse programma's van de overheid die ondersteuning bieden voor duurzame renovatieprojecten.

Conclusie

De werking van een warmtepomp is gebaseerd op een cyclus waarin warmte wordt opgenomen uit een externe bron, geconcentreerd en vervolgens gebruikt voor verwarming of warmwaterproductie. Door het gebruik van moderne technologie en efficiënte componenten kunnen warmtepompen het energieverbruik van woningen aanzienlijk verlagen, terwijl ze tegelijkertijd comfortabele verwarming leveren.

Zowel voor nieuwbouw als voor renovatieprojecten is een warmtepomp een waardevolle optie. Het is een duurzame en energiezuinige keuze die zich op lange termijn goed uitbetaalt. Vanwege de variatie aan typen warmtepompen is er voor vrijwel elke woning een geschikte oplossing beschikbaar. Of het nu gaat om een lucht-water warmtepomp, een hybride warmtepomp of een bodem-water warmtepomp, de kern van het concept blijft hetzelfde: warmte uit de omgeving opnemen en gebruiken voor verwarming.

Bronnen

1. Viessmann – Hoe werkt een warmtepomp?
2. Duurzaamheidsvergelijker – Hoe werkt een warmtepomp
3. Benem – Warmtepompen
4. Duurzamemonumentenbrabant – Warmtepomp algemeen
5. Warmtepomp Weetjes