Hoe werkt een warmtepomp: uitgelegd voor woningbouw en renovatie

In de transitie naar duurzame energie speelt de warmtepomp een steeds belangrijkere rol binnen de woningbouwsector en de renovatie. Zowel voor particuliere huiseigenaren als voor professionals in de bouw en renovatie is het begrijpen van het functioneren en de toepassing van warmtepompen van groot belang. In dit artikel leggen we op basis van actuele en betrouwbare informatie hoe een warmtepomp werkt, welke typen er zijn, wat de technische componenten zijn en hoe warmtepompen kunnen worden ingezet binnen de woningbouw en renovatie.

Inleiding: Warmtepomp als duurzame verwarmingsoplossing

Een warmtepomp is een duurzame verwarmingsinstallatie die warmte uit de omgeving haalt en gebruikt om woningen of industriële processen te verhitten. In tegenstelling tot een traditionele cv-ketel die warmte opwekt door het verbranden van gas, maakt een warmtepomp gebruik van elektriciteit om warmte uit de buitenlucht, de bodem of grondwater te halen.

Deze technologie biedt meerdere voordelen, zoals een lager energieverbruik, verminderde CO₂-uitstoot en een langere levensduur vergeleken met traditionele verwarmingsinstallaties. Daarnaast kunnen warmtepompen worden ingezet in zowel nieuwe woningbouwprojecten als renovatieprojecten van bestaande woningen.

In de volgende hoofdstukken gaan we dieper in op het werkingsprincipe van een warmtepomp, de verschillende types, de technische componenten en de toepassing binnen de woningbouw en renovatie.

Werkingsprincipe van een warmtepomp

De basisprincipe van een warmtepomp is vergelijkbaar met die van een koelkast, maar dan in omgekeerde richting. In een koelkast wordt warmte uit de binnenkant van de koelkast afgevoerd naar de buitenlucht, terwijl in een warmtepomp warmte uit de omgeving naar binnen wordt gebracht.

De warmtepomp bestaat uit drie kringen: de bron, de koudemiddelkring en het afgifte-systeem. Deze drie delen werken samen om warmte te onttrekken aan de omgeving, te verhitten en daarna af te geven aan het verwarmingssysteem van een woning.

Bron van warmte

De bron is de plek waar de warmtepomp warmte uit haalt. De meest voorkomende bronnen zijn:

• Buitenlucht: de meest eenvoudige en goedkope oplossing. De warmtepomp haalt warmte uit de buitenlucht via een buitenunit.
• Bodem (bodemwarmtepomp): het meest efficiënte systeem, maar met hogere aanschaf- en installatiekosten. De warmtepomp onttrekt warmte uit de bodem via grondleidingen of boorgaten.
• Grondwater of oppervlaktewater: een efficiënte oplossing waar beschikbaar water aanwezig is, zoals in een meer of rivier.

Koudemiddelkring

De koudemiddelkring is de kern van de warmtepomp en bestaat uit vier belangrijke componenten:

1. Verdamper: De verdamper trekt warmte uit de bron (buitenlucht, bodem of water) door het koudemiddel te laten verdampen.
2. Compressor: De compressor verhoogt de druk van het koudemiddel, wat leidt tot een temperatuurstijging.
3. Condensor: In de condensor geeft het koudemiddel zijn warmte af aan het verwarmingssysteem.
4. Expansieventiel: Het expansieventiel verlaagt de druk van het koudemiddel zodat het opnieuw kan verdampen in de verdamper.

Deze vier componenten vormen een gesloten kring waarin het koudemiddel circuleert en warmte verwerkt.

Afgifte-systeem

Het afgifte-systeem is het deel van de warmtepompinstallatie dat de warmte aan het gebouw afgeeft. Afhankelijk van de installatie kan dit gedaan worden via:

• Vloerverwarming: een efficiënte manier om warmte te verspreiden omdat het werkt op lagere temperaturen.
• Radiatoren of convectoren: vereisen iets hogere temperatuur en kunnen gebruikt worden bij zowel nieuwe als gerenoveerde woningen.
• Boiler voor warm water: veel warmtepompen kunnen ook het warmwater voorzien, wat het tot een volledige verwarmings- en warmwaterinstallatie maakt.

Typen warmtepompen

Er zijn verschillende soorten warmtepompen, afhankelijk van de bron van warmte en de manier waarop de warmte in het gebouw wordt afgestaan. De meest voorkomende typen zijn:

Lucht-lucht warmtepomp

• Omschrijving: Haalt warmte uit de buitenlucht en verspreidt deze via een ventilator in de woning.
• Voordelen: Eenvoudige installatie, geen grondwerk nodig.
• Nadelen: Minder efficiënt bij lage buitentemperaturen.
• Toepassing: Ideaal voor gerenoveerde woningen of als aanvullende verwarming.

Lucht-water warmtepomp

• Omschrijving: Haalt warmte uit de buitenlucht en geeft deze af via een verwarmingssysteem (radiatoren, vloerverwarming).
• Voordelen: Efficiënter dan lucht-lucht, kan ook warmwater leveren.
• Toepassing: Vaak gebruikt in woningbouwprojecten en gerenoveerde woningen.

Bodem-water warmtepomp

• Omschrijving: Haalt warmte uit de bodem via grondleidingen of boorgaten.
• Voordelen: Uiterst efficiënt, minder afhankelijk van buitentemperatuur.
• Nadelen: Hoogere aanschaf- en installatiekosten.
• Toepassing: Vaak gebruikt in nieuw ontwikkelde woningbouwprojecten.

Hybride warmtepomp

• Omschrijving: Combinatie van een warmtepomp en een cv-ketel. De warmtepomp zorgt voor de meeste verwarming, de cv-ketel zorgt voor extra warmte bij lage buitentemperaturen en voor warm water.
• Voordelen: Reduceert gasverbruik met tot 60%, minder afhankelijk van buitentemperatuur.
• Toepassing: Ideaal voor woningen waar volledige overgang naar warmtepomp niet mogelijk is.

Technische componenten van een warmtepomp

De volledige warmtepompinstallatie bestaat uit meerdere technische onderdelen die samenwerken om efficiënt warmte te genereren en te verspreiden. De belangrijkste componenten zijn:

1. Buiteneenheid

• Lucht-water of lucht-lucht warmtepompen: De buitenunit bevat de verdamper en de ventilator die warmte uit de buitenlucht opneemt.
• Bodem-water warmtepompen: De buitenunit bevat grondleidingen of boorgaten die de warmte uit de bodem opnemen.

2. Inneeneenheid of condensor

• De condensor verspreidt de opgewekte warmte naar het verwarmingssysteem. Bij lucht-lucht warmtepompen is dit een ventilator, bij lucht-water een warmtewisselaar.

3. Koudemiddel

• Een gasvormig koudemiddel dat warmte kan opnemen en afstaan. Het koudemiddel circuleert door de verdamper, compressor, condensor en expansieventiel.

4. Compressor

• Verhoogt de druk van het koudemiddel, waardoor de temperatuur stijgt. Dit maakt het mogelijk om warmte af te geven aan het verwarmingssysteem.

5. Expansieventiel

• Verlaagt de druk van het koudemiddel, zodat het opnieuw kan verdampen in de verdamper.

6. Buffervat

• Wordt vaak gebruikt in combinatie met warmtepompen om fluctuaties in warmtevoorziening te bufferen. Het zorgt voor een stabiele warmtelevering, vooral bij lage buitentemperaturen.

Voordelen en nadelen van warmtepompen

Voordelen

• Duurzaam: Geen verbranding van fossiele brandstoffen, minder CO₂-uitstoot.
• Efficiënt: Van 1 kWh elektriciteit wordt 3 tot 5 kWh warmte opgewekt.
• Laag energieverbruik: Minder gas- of olieverbruik.
• Langdurig: De levensduur van een warmtepomp is 15 tot 20 jaar.
• Subsidies: In Nederland zijn er subsidies beschikbaar via het RVO (Rijksdienst voor Wegverkeer).

Nadelen

• Hoge aanschafkosten: De investering is aanzienlijk hoger dan bij een traditionele cv-ketel.
• Afhankelijk van buitentemperatuur: Bij lage buitentemperaturen werkt de warmtepomp minder efficiënt.
• Elektriciteitsverbruik: Hoewel efficiënter dan elektrische verwarming, leidt het toch tot een toename van het elektriciteitsverbruik.
• Technische kennis vereist: Installatie en onderhoud vereisen ervaring.

Toepassing in woningbouw en renovatie

Nieuwe woningbouw

In nieuw ontwikkelde wijkprojecten is de warmtepomp een populaire keuze. De efficiëntie en duurzaamheid maken het een ideale oplossing voor passieve en nul-energie woningen. De warmtepomp wordt vaak aangesloten op een vloerverwarmingssysteem, wat optimaal is voor lage temperatuurverwarmingsinstallaties.

Renovatieprojecten

Bij renovatie van bestaande woningen zijn er meerdere scenario’s mogelijk. Een volledige vervanging van de cv-ketel door een warmtepomp is mogelijk, maar soms is een hybride oplossing beter. Dit is het geval bij woningen met een bestaand verwarmingssysteem dat niet gemakkelijk aan te passen is voor lage temperatuurverwarmingsinstallaties.

Hybride warmtepompen zijn een goede oplossing voor renovatieprojecten, omdat ze kunnen werken met bestaande radiatoren en ook warm water kunnen leveren. Bovendien is er een subsidie beschikbaar voor de installatie van een warmtepomp in gerenoveerde woningen.

Industriële toepassing

Naast woningbouw en renovatie worden warmtepompen ook toegepast in de industrie. Bedrijven zoals Vreugdenhill gebruiken warmtepompen om energie te besparen in productieprocessen. In hun geval wordt een warmtepomp gebruikt voor het pasteuriseren van melk, waarbij het gasverbruik met 100% is gereduceerd. Deze toepassing toont aan dat warmtepompen ook in de industrie een belangrijke rol kunnen spelen in de verduurzaming.

Kostprijs en subsidie

De aanschafprijs van een warmtepompvarieert afhankelijk van het type en de complexiteit van de installatie. Voor woningen zijn de volgende kostprijzen beschikbaar:

Naast de aanschafkosten zijn er ook kosten voor de installatie, zoals grondwerk, leidingwerk en warmtewisselaars. Deze kosten kunnen snel oplopen, vooral bij bodemwarmtepompen.

In Nederland zijn er subsidies beschikbaar voor de installatie van een warmtepomp. De RVO biedt subsidies voor woningen die hun verwarmingssysteem verduurzamen, inclusief warmtepompen. De subsidie kan aanzienlijk zijn, vooral bij gerenoveerde woningen.

CO₂-reductie en milieuvoordeel

Een warmtepomp zorgt voor een aanzienlijke reductie van CO₂-uitstoot vergeleken met een gascv-ketel. Onder normale omstandigheden leidt de installatie van een warmtepomp tot een CO₂-reductie van 30% tot 65%. Als de elektriciteit volledig duurzaam wordt opgewekt, kan deze reductie nog verder stijgen.

De milieugewinnende eigenschappen van warmtepompen zijn echter afhankelijk van de bron van elektriciteit. Nog niet alle elektriciteit in Nederland is volledig groen, wat betekent dat er ruimte is voor verbetering. Toch blijft de warmtepomp een duurzame oplossing met veel voordelen voor het klimaat en de energietransitie.

Conclusie

Een warmtepomp is een duurzame en efficiënte verwarmingsinstallatie die zich steeds meer aandient als alternatief voor gascv-ketels. Het werkt door warmte uit de omgeving te halen en deze te gebruiken voor verwarming en warmwaterproductie. In vergelijking met traditionele verwarmingsinstallaties heeft een warmtepomp het voordeel van een hogere efficiëntie, een lager energieverbruik en een lager CO₂-gehalte.

Toepassing in de woningbouw en renovatie is breed mogelijk, zowel in nieuwe woningen als bij gerenoveerde woningen. De keuze voor een warmtepomp is afhankelijk van factoren zoals de beschikbare ruimte, de type verwarmingssysteem en de energievoorziening. Voor professionals in de bouw en renovatie is het belangrijk om de technische kenmerken van warmtepompen goed te begrijpen om een optimaal ontwerp en installatie te realiseren.

Bronnen

1. Hoe werkt een warmtepomp?
2. Duurzaam verwarmen met een warmtepomp
3. Warmtepomp-weetjes.nl
4. NVKL - Opleidingen en trainingen over warmtepompen
5. Hoe werkt een warmtepomp (ID.nl)
6. Industriële warmtepompen (RVO)