Principeschema en werking van warmtepompen: een gedetailleerde uitleg

Published by Redactie on oktober 2, 2025 | Category warmtepomp

Inleiding

De keuze voor een warmtepomp als verwarmingssysteem is in de afgelopen jaren sterk gegroeid door de stijgende aandacht voor duurzaamheid en energiebesparing. Voordat een warmtepomp geïnstalleerd wordt, is het essent om het princieschema en de werking van dit systeem goed te begrijpen. Dit artikel biedt een gedetailleerde uitleg van de thermodynamische cyclus, het verschil tussen de verschillende warmtepompsoorten, en de technische aspecten van de installatie, met uitsluitend gebruik van informatie uit betrouwbare bronnen.

Een warmtepomp maakt gebruik van gratis energiebronnen zoals lucht, water of grond om huizen te verwarmen of te koelen. Door middel van een thermodynamische cyclus wordt warmte onttrokken aan de omgeving en overgedragen aan een hydraulisch circuit. De cyclus bestaat uit vier hoofdfasen: verdamping, compressie, condensatie en expansie. Deze cyclus is hetzelfde voor alle warmtepompsoorten, maar de manier waarop warmte wordt opgenomen en afgegeven varieert per type. In dit artikel worden deze principes verder toegelicht, evenals de installatieaspekten van warmtepompen.

Werking van een warmtepomp

De werking van een warmtepomp is gebaseerd op een thermodynamische cyclus die bestaat uit vier stappen: verdamping, compressie, condensatie en expansie. Deze cyclus wordt zowel in de verwarmingsmodus als in de koelmodus uitgevoerd, afhankelijk van de omgevingstemperatuur en de gewenste ruimtetemperatuur.

1. Verdamping (verdamper)

In de eerste fase, de verdamping, neemt het vloeibare koelmiddel warmte op uit de omgeving. Bij lucht-water-warmtepompen vindt dit plaats in de verdamper van de buitenunit, waar het koelmiddel de warmte uit de buitenlucht opneemt. Het koelmiddel verandert hierbij van vloeistof naar gas, waarbij het een lage druk en temperatuur heeft. Dit proces is essent voor de efficiëntie van de warmtepomp.

2. Compressie (compressor)

De tweede fase begint wanneer het gasvormige koelmiddel door de compressor wordt getransporteerd. De compressor verhoogt de druk en temperatuur van het koelmiddel, wat nodig is om de warmte effectief over te dragen aan het hydraulische circuit. Het verbruik van elektriciteit in deze fase is beperkt, maar bepalend voor de energie-efficiëntie van het systeem.

3. Condensatie (condensor)

In de condensatiefase geeft het koelmiddel zijn warmte af aan het hydraulische circuit. Bij lucht-water-warmtepompen vindt dit plaats in de condensor, waar het warme koelmiddel de warmte overdraagt aan het water dat wordt gebruikt voor verwarming. Dit water kan vervolgens gebruikt worden voor vloerverwarming, radiatoren of warmwaterproductie. Het koelmiddel verandert hierbij van gas naar vloeistof.

4. Expansie (expansieventiel)

De laatste fase is de expansie, waarbij het koelmiddel door het expansieventiel stroomt. Hierbij neemt de druk af en wordt het koelmiddel voorbereid op de volgende cyclus. Het koelmiddel is nu in staat om opnieuw warmte op te nemen uit de omgeving.

Deze vier stappen vormen samen de thermodynamische cyclus van de warmtepomp, die zich continu herhaalt zolang de warmtepomp in bedrijf is. De efficiëntie van de cyclus wordt gemeten aan de hand van de SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) of COP (Coefficient of Performance), afhankelijk van de modus.

Soorten warmtepompen en hun werking

Er zijn verschillende soorten warmtepompen, afhankelijk van de bron van warmte en de manier waarop de warmte wordt afgegeven. Ondanks de verschillen in werking is de basiscyclus voor alle soorten hetzelfde. Het verschil zit in de manier waarop de warmte wordt opgenomen en hoe de warmte wordt gedistribueerd.

Lucht-lucht warmtepomp

Een lucht-lucht warmtepomp verwarmt of koelt een ruimte direct met lucht als medium. In de verwarmingsmodus wordt warmte uit de buitenlucht opgenomen en via een ventilatorconvector in de kamer gedistribueerd. In de koelmodus wordt de binnenlucht afgekoeld en via de ventilatorconvector uitgestoten. Een voordeel van deze warmtepomp is de lage installatiekosten en het feit dat hij zowel verwarmen als koelen kan. Echter, het nadeel is dat de efficiëntie afneemt bij lage buitentemperaturen en dat de warmtepomp geen warm water kan leveren.

Lucht-water warmtepomp

Een lucht-water warmtepomp gebruikt lucht als bron van warmte, maar distribueert deze via water. Het koelmiddel neemt warmte op uit de buitenlucht en overdraagt deze via de condensor aan het water in het hydraulische circuit. Dit water kan gebruikt worden voor vloerverwarming, radiatoren of warmwaterproductie. Een voordeel van deze warmtepomp is dat hij het hele jaar door werkt en warm water kan leveren. Het nadeel is de hogere installatiekosten in vergelijking met de lucht-lucht warmtepomp.

Water-water warmtepomp

Bij een water-water warmtepomp wordt warmte onttrokken aan een externe waterbron zoals een meer, rivier of grondwater. Het koelmiddel neemt warmte op uit het water en overdraagt deze via de condensor aan het hydraulische circuit. Het systeem vereist een aanvoerput en een retourput om de warmte- en koelingsfunctie te realiseren. Een voordeel is dat het systeem zeer efficiënt kan zijn, maar het nadeel is de complexiteit van de installatie en het feit dat het afhankelijk is van een stabiele waterbron.

Geothermische warmtepomp

Een geothermische warmtepomp, ook wel grond-water of grond-lucht warmtepomp genoemd, onttrekt warmte aan de grond. De warmte wordt via grondleidingen of grondpijpen opgenomen en overgedragen aan het koelmiddel. Deze soort warmtepomp is vooral geschikt voor grotere woningen en is zeer efficiënt, maar vereist een uitgebreide installatie met grondleidingen. Het nadeel is de hoge installatiekosten en de invloed op de omgeving.

Installatieaspecten van een warmtepomp

De installatie van een warmtepomp vereist een aantal specifieke aandachtspunten die verschillen van die van een conventionele CV-ketel. Hoewel de basisprincipe vergelijkbaar is met een ketelinstallatie, zijn er belangrijke verschillen in de benadering van leidingen, isolatie, expansie en andere technische aspecten.

Leidingen en isolatie

De leidingen van een warmtepomp moeten nauwkeurig gelegd en geïsoleerd worden om warmteverliezen te voorkomen. De diameter van de leidingen is vaak anders dan bij een CV-ketelinstallatie en moet afgestemd zijn op de stroomsnelheid van het warmtetransportmedium. Het is belangrijk om de leidingen goed te isoleren om energieverliezen te beperken, vooral bij lage aanvoertemperaturen.

Expansie en expansievat

Omdat een warmtepomp lage aanvoertemperaturen gebruikt, kan het hydraulisch circuit een groter expansievolume vereisen. Hierom is het aanbrengen van een expansievat met een grotere capaciteit noodzakelijk. Dit voorkomt overdruk in het systeem en zorgt voor een stabiele werking.

Overstortventiel en terugslagklep

Om het systeem veilig te houden, is het installeren van een overstortventiel en een terugslagklep verplicht. Het overstortventiel voorkomt schade door overdruk, terwijl de terugslagklep ervoor zorgt dat het medium niet in de verkeerde richting stroomt. Deze veiligheidsmaatregelen zijn essent voor een correct functionerende warmtepompinstallatie.

Glycolgebruik

In koude klimaten is het gebruik van glycol in de bronleidingen nodig om vriesbescherming te bieden. Glycol vermindert de vriespunt van het medium en voorkomt beschadiging van de leidingen bij lage temperaturen. Het is belangrijk om de concentratie glycol nauwkeurig aan te passen aan de omgevingstemperatuur om efficiëntie en veiligheid te garanderen.

Vloerverwarming en verdeler

Bij een warmtepompinstallatie met vloerverwarming is het nodig om een verdeler aan te passen aan de lage aanvoertemperatuur. De verdeler zorgt ervoor dat het warmtetransportmedium gelijkmatig wordt verdeeld over de vloerbedekking. Het ontwerp van de vloerverwarming moet afgestemd zijn op de werking van de warmtepomp om een optimale warmtedistributie te garanderen.

Inbedrijfstellen

Na de installatie is het belangrijk dat de warmtepomp door een geaccrediteerde specialist wordt ingeburgerd. Dit zorgt voor een correcte werking en minimaliseert het risico op storingen. Het inbedrijfstellen omvat het opstarten van het systeem, het controleren van de druk en temperatuur, en het testen van de verschillende modi (verwarming, koeling, warmwaterproductie).

Conclusie

Een warmtepomp is een efficiënte en duurzame oplossing voor verwarming en koeling van woningen. De werking is gebaseerd op een thermodynamische cyclus met vier stappen: verdamping, compressie, condensatie en expansie. De keuze van de warmtepompsoort hangt af van de beschikbare energiebronnen, het type woning, en de gewenste distributiemethode. Bij de installatie zijn er belangrijke aandachtspunten, zoals leidingisolatie, expansie, glycolgebruik en inbedrijfstellen. Een correcte installatie en onderhoud zorgen voor een lange levensduur en optimale prestaties van het systeem. Voor een duurzame toekomst is het essent om de principes van warmtepompen goed te begrijpen en de installatieaspecten nauwkeurig te volgen.