Hoe werkt een warmtepomp in de praktijk? Een technische en praktische uitleg

De overgang naar duurzame energiebronnen wordt steeds sneller ingezet, en de warmtepomp speelt een centrale rol in dit proces. Voor eigenaren, opdrachtgevers en professionals in de renovatie- en bouwsector is het begrijpen van de werking van een warmtepomp essentieel bij het bepalen van het geschikte verwarmings- en warmwaterstelsel. In dit artikel geven we een gedetailleerde uitleg van het functioneren van een warmtepomp, de verschillende types en de voordelen en nadelen die daarbij horen.

Wat is een warmtepomp?

Een warmtepomp is een elektrisch of hybride systeem dat warmte uit de omgeving – zoals de lucht, de bodem of grondwater – haalt en deze opwekt tot een temperatuur die bruikbaar is voor verwarming van woningen of het opwarmen van tapwater. Het principe is vergelijkbaar met dat van een koelkast, maar dan omgekeerd: in plaats van warmte te onttrekken uit het binnenklimaat en deze naar buiten te sturen, trekt een warmtepomp warmte op uit de omgeving en brengt deze naar binnen.

De essentie van het functioneren van een warmtepomp ligt in het efficiënt omzetten van omgevingswarmte in bruikbare warmte. Dit gebeurt via een cyclus van verdamping, compressie, condensatie en expansie. In tegenstelling tot traditionele verwarmingssystemen zoals een CV-ketel, stoot een warmtepomp geen fossiele brandstoffen aan. Hierdoor is het een duurzame alternatief dat steeds populairder wordt, zowel bij particulieren als bij woningcorporaties.

De werking van een warmtepomp in 4 stappen

De werking van een warmtepomp kan worden ingedeeld in vier kernstappen, die zich cyclisch herhalen. Deze stappen zijn:

1. Warmteopname
2. Compressie
3. Warmteafgifte
4. Expansie en herhaling

1. Warmteopname

De warmtepomp begint met het opnemen van warmte uit de omgeving. Dit kan uit de lucht, de bodem of grondwater zijn, afhankelijk van het type warmtepomp. Een ventilator of circulatiesysteem zorgt ervoor dat de warmte uit de omgeving in een buis met koelvloeistof terechtkomt. Deze vloeistof heeft een lager kookpunt dan 0°C, waardoor het al bij lage temperaturen kan verdampen.

Hoewel de omgevingstemperatuur op ijs kan liggen, blijft de vloeistof in staat om warmte op te nemen. Zoals vermeld in bron [1], kan een warmtepomp energie uit de lucht halen zelfs bij temperaturen van -20°C. Bij bodem- of waterbronnen is de temperatuur in de winter bovendien hoger dan de buitentemperatuur, wat het efficiënter maakt.

2. Compressie

De opgenomen warmte zorgt ervoor dat de vloeistof verdampt en in de vorm van damp terechtkomt. Deze damp wordt daarna door een compressor samengeperst, waardoor de druk en temperatuur aanzienlijk stijgen. Dit is een cruciale stap, omdat de temperatuur pas hoog genoeg is om het woningverwarmingssysteem te voeden.

De efficiëntie van deze stap heeft een directe invloed op het energieverbruik van de warmtepomp. Uit bron [1] blijkt dat het gebruik van geavanceerde onderdelen de efficiëntie verder kan verbeteren, wat resulteert in minder energieverbruik en een langere levensduur.

3. Warmteafgifte

De verhoogde damp komt in een warmtewisselaar, waar de warmte overgedragen wordt aan het verwarmingssysteem van het huis. Dit kan zijn via radiatoren, vloerverwarming of een buffervat voor warm water. De warmteafgifte gebeurt op een temperatuur die voldoende is om het huis te verwarmen of het water op te warmen.

4. Expansie en herhaling

Na de warmteafgifte wordt de druk van de koelvloeistof verlaagd in een expansieklep. Hierdoor daalt de temperatuur van de vloeistof, waardoor het opnieuw in staat is om warmte op te nemen. Het cyclusproces is nu voltooid en begint opnieuw.

Types van warmtepompen

Afhankelijk van de bron waaruit de warmte wordt opgenomen en de manier waarop deze wordt gebruikt, zijn er verschillende soorten warmtepompen. Bron [2] noemt de volgende varianten:

• Hybride warmtepomp (lucht-water)
  Deze warmtepomp combineert een lucht-water warmtepomp met een traditionele CV-ketel. Het is een geschikte oplossing voor bestaande huizen die zijn aangesloten op gas. In de winter, wanneer de buitentemperatuur te laag is voor de warmtepomp om efficiënt te werken, neemt de CV-ketel het over. Dit maakt de installatie minder ingrijpend en voorkomt dat oude leidingen en infrastructuur worden verwijderd.

• Lucht-lucht warmtepomp
  Deze variant haalt warmte uit de lucht en levert warme lucht direct in het huis. Het is ideaal voor ruimtes waar directe luchtverwarming gewenst is. Sommige systemen kunnen ook worden gebruikt om te koelen, zolang de warmtepomp daarvoor is ontworpen.

• Lucht-water warmtepomp
  Deze warmtepomp haalt warmte uit de lucht en levert deze via een warmtewisselaar aan het verwarmingscircuit in het huis. Het is de meest populaire variant en geschikt voor zowel woningverwarming als tapwater.

• Water-water warmtepomp
  Deze warmtepomp gebruikt warmte uit grondwater en brengt deze om in bruikbare warmte. Het is een efficiëntere optie dan luchtbronnen, maar vereist een gesloten buissysteem dat in het water geplaatst moet worden.

• Bodem-water warmtepomp
  Deze warmtepomp haalt warmte uit de aarde. Op een diepte van ongeveer 50 meter heeft de aarde een constante temperatuur van ongeveer 10°C. Deze warmte wordt opgevangen via een buissysteem in de grond. Het rendement is hoog, maar de installatie is ingrijpend en kostendrukke.

Werking van een warmtepomp bij lage temperaturen

Een veelgestelde vraag is of een warmtepomp nog werkt bij vriestemperaturen. Bron [2] stelt duidelijk dat warmtepompen nog steeds functioneren bij temperaturen tot -20°C. De koelvloeistof in de warmtepomp kookt al bij -48°C, waardoor het in staat is om warmte op te nemen zelfs in de winter.

Wel is het zo dat het rendement bij lage temperaturen lager ligt. Dit komt doordat de warmtepomp meer energie moet investeren om de temperatuur van de opgenomen warmte verder te verhogen. Warmtepompen die gebruik maken van aardwarmte of grondwater zijn minder gevoelig voor lage temperaturen, omdat de bron daar een constante temperatuur heeft.

Voordelen van een warmtepomp

Het gebruik van een warmtepomp biedt meerdere voordelen, zoals:

• Energiezuinig: Een warmtepomp gebruikt minder elektriciteit dan traditionele verwarmingssystemen.
• Hoog rendement: Dankzij de efficiëntie van de technologie is het rendement vaak hoger dan 100%.
• Duurzaam: Er wordt geen fossiele brandstof verbrand, waardoor er weinig CO₂ wordt uitgestoten.
• Gasloos verwarmen mogelijk: Bij de juiste type warmtepomp is het mogelijk om volledig van het gasafhankelijke verwarmingsstelsel af te raken.
• Subsidie beschikbaar: Er zijn diverse maatregelen en subsidies om de aanschaf van een warmtepomp te faciliteren.

Nadelen van een warmtepomp

Ondanks de voordelen zijn er ook nadelen aan een warmtepompinstallatie:

• Hoge aanschafkosten: De investering in een warmtepomp is aanzienlijk, vooral bij de ingrijpendere installaties zoals aardwarmte.
• Ingrijpende installatie: Aanleg van buissystemen in de grond of aanpassing van het verwarmingssysteem vereist professionele hulp en bouwwerkzaamheden.
• Energieverbruik: Hoewel het rendement hoog is, blijft elektriciteit nodig voor de werking van de warmtepomp. Dit betekent dat het niet volledig onafhankelijk is van het energienet.
• Geen directe koeling bij alle types: Niet alle warmtepompen kunnen worden gebruikt voor koeling. Dit hangt af van het type en de technische uitvoering.

Warmtepomp versus CV-ketel

Een warmtepomp kan in veel gevallen volledig of gedeeltelijk de CV-ketel vervangen. In hybride systemen werkt de warmtepomp samen met een CV-ketel, waarbij de ketel in de winter of bij lage temperaturen het overneemt. Dit is een goede oplossing voor huizen die zijn aangesloten op gas.

Voor woningen die volledig gasloos willen zijn, is een lucht-water of aardwarmte warmtepomp de betere keuze. Het is belangrijk om te weten dat de keuze van het type warmtepomp ook afhankelijk is van de bouwperiode van het huis, de isolatie, het verwarmingssysteem en de beschikbaarheid van aardwarmte.

Toepassing in renovatie en nieuwbouw

In de context van renovatie en nieuwbouw speelt de warmtepomp een steeds belangrijkere rol. Bij renovatieprojecten is het meestal nodig om het bestaande verwarmingssysteem aan te passen of volledig te vervangen. Dit kan ingrijpend zijn, maar het biedt ook de kans om het huis duurzamer te maken en de energieprijzen te verlagen.

In nieuwbouwprojecten is een warmtepomp vaak ingebouwd als onderdeel van een duurzaam totaalenergieconcept. Vaak worden zonnepanelen en een warmtepomp gecombineerd om volledig duurzame energieopwekking mogelijk te maken. Dit maakt het mogelijk om het huis volledig gasloos te bouwen en energie zelf op te wekken.

Kies de juiste warmtepomp voor jouw situatie

Het kiezen van de juiste warmtepomp hangt af van een aantal factoren:

• Type woning: Is het een vrijstaand huis, een rijtje of appartement?
• Isolatiegraad: Hoe goed is de woning geïsoleerd?
• Verwarmingssysteem: Heeft het huis radiatoren of vloerverwarming?
• Energieverbruik: Wat is het verwachte energieverbruik?
• Bouwperiode: Hoe oud is het huis?
• Subsidies en kredieten: Welke maatregelen zijn beschikbaar?

Het is aan te raden om een gespecialiseerde installateur of energieadviseur te raadplegen om te bepalen welke warmtepomp het beste past bij de situatie. Een professionele installatie is essentieel voor de efficiëntie en de levensduur van het systeem.

Conclusie

Een warmtepomp is een duurzame en efficiënte oplossing voor verwarming en warmwater in woningen. Het functioneert door warmte op te nemen uit de omgeving en deze om te zetten in bruikbare warmte via een cyclus van verdamping, compressie, condensatie en expansie. Afhankelijk van de bron (lucht, bodem, grondwater) en de manier van afgifte (lucht of water), zijn er verschillende types warmtepompen beschikbaar.

Hoewel de aanschaf van een warmtepomp een aanzienlijke investering is, biedt het op de lange termijn voordelen op het gebied van energiebesparing, duurzaamheid en lagere CO₂-uitstoot. Het is een geschikte keuze voor eigenaren die willen switchen naar een gasloos verwarmingssysteem, maar ook voor woningcorporaties die hun portefeuille duurzamer willen maken.

Bij renovatieprojecten en nieuwbouw is de warmtepomp een essentieel onderdeel van een duurzaam totaalenergieconcept. Het is belangrijk om de juiste keuze te maken op basis van de eigenschappen van de woning en het energieverbruik, en dit te laten uitvoeren door een ervaren installateur.

Bronnen

1. Viessmann – Hoe werkt een warmtepomp?
2. Duurzaamheidsvergelijker – Hoe werkt een warmtepomp
3. Pure Energie – Hoe werkt een warmtepomp
4. Klimaatexpert – Warmtepomp