Aansluitschema en werking van warmtepompen: Uitleg en toepassingen voor woningverwarming

Inleiding

Warmtepompen zijn een steeds populairder keuze voor woningverwarming en warmwaterproductie, vooral gezien de stijgende energiekosten en de groeiende aandacht voor duurzame energie. Het begrip van het aansluitschema van een warmtepomp is van essentieel belang voor zowel professionele installateurs als voor eigenaars die overwegen om een warmtepomp te installeren. Deze kennis helpt bij het maken van een verstandige keuze, het begrijpen van het functioneren van het systeem, en het bepalen van de benodigde onderdelen voor een optimaal resultaat.

In dit artikel worden de werking, schema’s, aansluitmethoden en toepassingen van verschillende typen warmtepompen, zoals lucht-water, water-water en aardwarmtepompen, besproken. De nadruk ligt op het begrijpen van de technische principes, de installatieprocessen en de praktische toepassing binnen een woning. Hierbij wordt gebruikgemaakt van informatie uit betrouwbare bronnen, zoals onder andere Viessmann, Sprs Sun Heat Pumps en Ventilatieland.

Werking van een warmtepomp

De werking van een warmtepomp is gebaseerd op een thermodynamische cyclus, die bestaat uit vier stappen:

1. Verdamping (verdamper): Het koelmiddel verdampt bij lage druk en opneemt warmte uit de bron (lucht, water of grond).
2. Compressie (compressor): De damp wordt samengeperst, waardoor de temperatuur en druk sterk stijgt.
3. Condensatie (condensor): Het warme, gecomprimeerde koelmiddel geeft zijn warmte af aan het afgiftesysteem (zoals vloerverwarming of warmwater).
4. Expansie (expansieventiel): Het koelmiddel wordt afgekoeld en gedekt, waarna het opnieuw in de cyclus terechtkomt.

Deze cyclus wordt herhaald en zorgt voor een efficiënte opwekking van warmte, die vervolgens gebruikt kan worden voor verwarming en warmwater. Het rendement van een warmtepomp wordt vaak uitgedrukt in de prestatiecoëfficiënt (CoP) of de Seasonal Performance Factor (SPF).

Soorten warmtepompen en hun werking

Er zijn verschillende typen warmtepompen, elk met een eigen aansluitschema en toepassing. De drie belangrijkste soorten zijn:

1. Lucht-water warmtepomp (ASHP)

Een lucht-water warmtepomp haalt warmte uit de buitenlucht en gebruikt deze om het huis te verwarmen via een hydraulisch systeem, zoals vloerverwarming of radiatoren. Het schema van een lucht-water warmtepomp omvat:

• Een buitenunit die de warmte uit de lucht opneemt.
• Een binnenunit die de warmte afgeeft aan het verwarmingscircuit.
• Een koelmiddelkringloop die door de verdamper, compressor, condensor en expansieventiel loopt.

De split-uitvoering van een lucht-water warmtepomp bestaat uit een aparte binnen- en buitenunit. Deze uitvoering biedt de mogelijkheid tot omkeerbare werking, waarbij de warmtepomp ook koelmodus kan uitvoeren in de zomer. Een voordeel van deze opzet is dat de binnenunit compact en stille is.

2. Water-water warmtepomp

Een water-water warmtepomp haalt warmte uit een natuurlijke bron zoals een meer, rivier of grondwater. Deze warmte wordt overgedragen aan een warmteoverdrachtsvloeistof, die vervolgens wordt gebruikt voor verwarming of warmwaterproductie.

Het schema van een water-water warmtepomp omvat:

• Een aanvoerput om grondwater op te nemen.
• Een retourput om afgekoeld grondwater terug te sturen.
• Een warmtepomp die de warmte uit het water haalt en deze overdraagt via een thermodynamische cyclus.

Een belangrijk voordeel van water-water warmtepompen is hun hogere efficiëntie in de winter, omdat water een stabielere temperatuur heeft dan lucht.

3. Aardwarmtepomp (GSHP)

Aardwarmtepompen gebruiken de constante temperatuur van de aarde om warmte op te wekken. Ze zijn meestal efficiënter dan lucht-water warmtepompen, met een CoP-waarde van 3 tot 6.

Het schema van een aardwarmtepomp omvat:

• Een boringssysteem (horizontaal of verticaal) of grondwater als warmtebron.
• Een warmteoverdrachtsvloeistof die door een leidingengrid loopt.
• Een warmtepomp die de warmte overdraagt naar de verwarmingsinstallatie.

De installatie van een aardwarmtepomp vereist diepe boringen (meestal 50 tot 150 meter), afhankelijk van de bodemgesteldheid en het benodigde vermogen. Dit maakt de installatie iets ingewikkelder en duurder dan bij een lucht-water warmtepomp.

Aansluitschema’s van warmtepompen

1. Lucht-lucht warmtepomp

Een lucht-lucht warmtepomp verwarmt of koelt een ruimte via een ventilatorconvector. Deze warmtepomp heeft geen hydraulisch systeem nodig, maar werkt via directe luchtcirculatie. De werking is als volgt:

• De warmtepomp onttrekt warmte uit de buitenlucht in de verwarmingsmodus.
• In de koelmodus haalt de warmtepomp warmte uit de binnenlucht en stuurt deze naar buiten.
• Er is geen warmwaterfunctie bij deze variant, wat betekent dat een aparte warmwaterunit moet worden toegevoegd.

2. Lucht-water warmtepomp

De aansluitschema van een lucht-water warmtepomp is iets complexer. Het bestaat uit:

• Een buitenunit met verdamper en compressor.
• Een binnenunit die de warmte overdraagt aan het verwarmingscircuit.
• Een koelmiddelkringloop die door de vier hoofdcomponenten loopt.
• Optioneel: een buffervat en een warmwaterboiler.

Bij de split-uitvoering wordt de buitenunit los van de binnenunit geplaatst, wat de installatie en werking efficiënter maakt. De buitenunit bevat de luidruchtige componenten, terwijl de binnenunit compact en stille is.

3. Water-water warmtepomp

Het aansluitschema van een water-water warmtepomp omvat:

• Een aanvoerput waaruit grondwater wordt opgepompt.
• Een retourput voor het afgekoelde water.
• Een warmtepomp die de warmte uit het water haalt.
• Een verwarmingscircuit (bijvoorbeeld vloerverwarming of radiatoren).

Deze opzet is ideaal voor woningen die toegang hebben tot een natuurlijke warmtebron zoals een meer of grondwater.

4. Aardwarmtepomp

Het aansluitschema van een aardwarmtepomp is afhankelijk van de aard van de boring (horizontaal of verticaal). De kern van het systeem is:

• Een leidingengrid die diep in de grond is aangelegd.
• Een warmteoverdrachtsvloeistof die door de leidingen loopt.
• Een warmtepomp die de warmte uit de grond haalt en deze overdraagt aan het afgiftesysteem.

De installatie van een aardwarmtepomp is meestal het ingewikkeldst vanwege het boorgewerk, maar biedt in de meeste gevallen de hoogste efficiëntie.

Installatie van een warmtepomp

1. Voorbereiding en planning

De installatie van een warmtepomp begint met een vakkundige analyse van de woning, de verwarmingsinstallatie en de energiebehoefte. Belangrijke overwegingen zijn:

• Het type woning (oud of nieuw).
• Het type bestaande verwarmingsinstallatie (zoals cv-ketel).
• De benodigde vermogens.
• De ruimte voor de installatie van de warmtepomp en leidingen.

2. Aansluiting op het elektriciteitsnet

De warmtepomp moet worden aangesloten op een aparte elektrische groep, vanwege het hoge stroomverbruik. Dit vereist vaak een aanpassing aan het elektriciteitsnet, zoals het aanleggen van een extra groep in de meterkast.

3. Aansluiting op het verwarmingscircuit

Bij een lucht-water of water-water warmtepomp moet het systeem worden gekoppeld aan het verwarmingscircuit, zoals vloerverwarming of radiatoren. In sommige gevallen is het nodig om de bestaande installatie aan te passen, bijvoorbeeld met een mengklep of een buffervat.

4. Aansluiting op het warmwaterstelsel

Als de warmtepomp ook warmwater moet leveren, moet het systeem worden gekoppeld aan een warmwaterboiler of een indirect verwarmde boiler. In sommige gevallen wordt een aparte elektrische verwarming gebruikt als de warmtepomp niet voldoende warmte kan leveren in de winter.

5. Regeling en automatisering

Modernere warmtepompen zijn vaak uitgerust met smart-regelingen die het systeem automatisch aanpassen aan de behoefte. Deze regelingen kunnen worden gekoppeld aan een thermostaat of een smart-home systeem.

Onderhoud en efficiëntie

Onderhoud is essentieel voor de levensduur en efficiëntie van een warmtepomp. Een warmtepomp kan meestal tot 20 jaar of langer meegaan, zolang het goed wordt onderhouden.

1. Regelmatig onderhoud

De meeste fabrikanten adviseren om een jaarlijks onderhoud door een erkend installateur uit te voeren. Dit omvat onder andere:

• Controle op het koelmiddelgehalte.
• Controle op de condensafvoer.
• Controle op de elektrische aansluitingen.
• Wassen van de luchtfilters (bij lucht-water warmtepompen).

2. Probleemopsporing en reparaties

Hoewel warmtepompen relatief betrouwbaar zijn, kunnen ze soms storingen opleveren. Veelvoorkomende problemen zijn:

• Het systeem produceert geen voldoende warmte.
• De warmtepomp maakt te veel lawaai.
• De warmteoverdracht is onvoldoende.
• De elektrische aansluiting werkt niet goed.

In dergelijke gevallen is het noodzakelijk om een ervaren installateur te raadplegen.

Hybride systemen en combinaties

In sommige gevallen wordt een warmtepomp gekoppeld aan een hybride systeem, waarbij een cv-ketel als ondersteunend systeem wordt gebruikt. Dit is bijvoorbeeld handig in oude woningen met hoge warmtebehoefte of in koude winters, waarin de warmtepomp niet voldoende vermogen kan leveren.

1. Hybride warmtepomp met cv-ketel

Een hybride warmtepomp werkt hand in hand met een cv-ketel. In normale omstandigheden levert de warmtepomp de verwarmingsenergie, maar bij extra warmtebehoefte neemt de ketel het over.

Een voorbeeld van zo’n systeem is:

• De warmtepomp levert 35 °C aan de vloerverwarming.
• Als de warmtebehoefte toeneemt, stuurt de regeling de cv-ketel aan.
• Het warme water van de ketel wordt via een mengklep gemengd met het warmtepompwater, waardoor de temperatuur stijgt.

Dit type systeem biedt een goede balans tussen efficiëntie en comfort, vooral in oude woningen.

Kostenvoorbeeld en rendement

De investering in een warmtepomp varieert afhankelijk van het type en het vermogen. Voorbeeldkosten zijn:

De terugverdientijd hangt af van het vermogen, de bouwjaar van de woning, en de aanwezigheid van isolatie. In goed geïsoleerde woningen kan een warmtepomp binnen 5 tot 10 jaar terugverdiend zijn via energiebesparing.

Conclusie

Warmtepompen bieden een efficiënte en duurzame oplossing voor woningverwarming en warmwaterproductie. Het begrip van het aansluitschema en de werking van de verschillende warmtepompsoorten is van groot belang bij de keuze en installatie. Zowel lucht-water, water-water als aardwarmtepompen hebben hun eigen voor- en nadelen, afhankelijk van de situatie van de woning en de beschikbare energiebronnen.

Een goed geplande en uitgevoerde installatie, met het juiste aansluitingsschema en regeling, garandeert een maximale efficiëntie en een langdurige levensduur van het systeem. Daarnaast is regelmatig onderhoud essentieel om problemen te voorkomen en de prestaties te behouden.

Voor zowel eigenaren, DIY-enthousiastelingen als constructieprofessionals is het begrip van deze technologie een waardevolle asset bij het nemen van beslissingen op het gebied van renovatie en duurzame energie.

Bronnen

1. Ventilatieland – Aansluiten en onderhoud van warmtepompen
2. Sprs Sun Heat Pumps – Diagram en bediening van warmtepompen
3. Viessmann – Lucht/water-warmtepompen
4. Warmtepomp-weetjes – Installatieadvies