Warmtepompen en koudemiddelen: Werking van fases en toepassing in woningverwarming

Published by Redactie on oktober 7, 2025 | Category warmtepomp

De toepassing van warmtepompen in woningverwarming en koelinstallaties is steeds vaker voorbijkomend in zowel woningbouwprojecten als in commerciële en industriële contexten. Een essentieel onderdeel van deze technologie is het koudemiddel, dat in een gesloten kringloop wordt gebruikt om warmte op te wekken of te verwijderen. In dit artikel wordt ingegaan op de fysische werking van koudemiddelen in warmtepompen, het verschil tussen vloeistof- en gasfase, de rol van de compressie, en de praktische toepassingen in woningverwarming. Aan de hand van technische principes en werkelijkheidsnaar voorbeelden uit de praktijk wordt duidelijk hoe warmtepompen efficiënt werken, en welke keuzes er zijn op het gebied van uitvoering en materiaal.

Wat is een koudemiddel en hoe werkt het?

Een koudemiddel is een chemisch mengsel of een enkel molecuul dat in warmtepompen en koelsystemen wordt gebruikt om warmte op te wekken of te verwijderen. In de context van warmtepompen speelt het koudemiddel een centrale rol in het verdampings- en condensatieproces, waarbij warmte van een lage temperatuur naar een hogere temperatuur wordt overgedragen.

Volgens de bronnen is het koudemiddel in een warmtepomp in een gesloten kringloop aanwezig. De verdamper, compressor, condensor en expansieventiel zijn de essentiële onderdelen die het koudemiddel doorwerkt in een cyclus. In de verdamper neemt het koudemiddel warmte op uit de omgeving en verdampt het, waardoor het van vloeistof naar gas overgaat. In de compressor wordt het gas samengeperst, wat leidt tot een stijging van de temperatuur. In de condensor wordt de warmte afgegeven aan het afgiftesysteem (zoals warm water of lucht in een woning), en condenseert het gas weer tot vloeistof. Het expansieventiel zorgt voor het verlagen van de druk, waarna het koudemiddel opnieuw in de verdamper kan terechtkomen.

De werking van het koudemiddel is dus gebaseerd op het principe van faseveranderingen – van vloeistof naar gas en weer terug. Deze cycli kunnen zich oneindig herhalen zolang het koudemiddel in de kringloop blijft.

Faseveranderingen en warmteoverdracht

In het verdampingsproces verdampt het koudemiddel bij een lage temperatuur, waardoor het warmte uit de omgeving opneemt. Deze warmte wordt meegenomen in de vorm van latente warmte. Latente warmte is de energie die nodig is om een stof van vloeistof naar gas te brengen, zonder dat de temperatuur stijgt. In de verdamper van een warmtepomp vindt dit proces plaats. De temperatuur van het koudemiddel blijft hetzelfde tijdens het verdampen, maar de warmte-inhoud neemt toe.

In de compressor wordt het gas samengeperst, wat zorgt voor een aanzienlijke stijging van de temperatuur. Door de verdichting stijgt de druk van het koudemiddel, waardoor de condensatietemperatuur hoger wordt. In de condensor geeft het koudemiddel vervolgens zijn warmte af aan het afgiftesysteem. Tijdens het condensatieproces verandert het koudemiddel weer van gas in vloeistof. Ook hier is sprake van latente warmte: de temperatuur blijft constant terwijl het koudemiddel zijn warmte afgeeft.

Het proces kan duidelijk worden weergegeven in een LOG P-H diagram (logaritmische druk-enthalpie diagram). In dit diagram worden de temperatuur, aggregatietoestand en druk van het koudemiddel gemeten en weergegeven. In een momentopname van het proces zijn de fases te zien: van vloeistof naar damp, en vervolgens naar gas. In werkelijkheid verplaatst de kringloop zich continu door het diagram heen, afhankelijk van de omstandigheden zoals de bron- en afgiftetemperatuur.

Soorten koudemiddelen en hun toepassing

Er zijn verschillende soorten koudemiddelen die in warmtepompen worden gebruikt, waarbij de keuze bepaald wordt door factoren zoals efficiëntie, milieuvriendelijkheid en compatibiliteit met componenten zoals compressoren en ventielen. Uit de bronnen is duidelijk dat R407C en R410A veelvuldig gebruikt worden in warmtepompen. Deze koudemiddelen zijn geavanceerde fluorcarbontypes die beter zijn voor het milieu dan oudere koudemiddelen zoals R22.

Een ander koudemiddel dat genoemd wordt is propaan (R290). Propaan is een brandbaar koudemiddel dat een lage kooktemperatuur heeft. Het wordt in bepaalde koelkasten gebruikt, maar is minder geschikt voor grote installaties vanwege de brandbaarheid. Toch wordt het in sommige warmtepompen nog gebruikt, vooral in kleine systemen waar veiligheid en milieuvriendelijkheid een rol spelen.

Het kookpunt van koudemiddelen is een belangrijk kenmerk, aangezien dit bepaalt bij welke temperatuur ze verdampen of condenseren. Bij een constante druk van 1 bar is het kookpunt van propaan bijvoorbeeld -42°C. Dit betekent dat propaan al bij lage temperaturen verdampt, wat het geschikt maakt voor toepassing in warmtepompen die werken bij lage brontemperaturen, zoals lucht/water-systemen.

Werking van de compressor en faseveranderingen

De compressor speelt een cruciale rol in het proces van faseveranderingen. Hij verhoogt de druk van het koudemiddelgas, wat leidt tot een stijging van de temperatuur. In de bronnen wordt uitgebreid ingegaan op de werking van compressoren, met name de verschil tussen zuiger- en scrollcompressoren.

Zuigercompressoren werken door middel van op- en neergaande zuigers die het koudemiddelgas aanzuigen en comprimeren. Tijdens de zuigbeweging opent het klepje aan de zuigzijde en sluit het klepje aan de perszijde, waardoor koudemiddelgas het systeem binnenkomt. Bij de persbeweging wordt het klepje aan de zuigzijde gesloten en opent het klepje aan de perszijde, waardoor het gas wordt samengeperst. Door de verkleining van het volume stijgt de druk en de temperatuur van het koudemiddel.

Scrollcompressoren, die tegenwoordig meer voor de hand zijn, werken met een andere technologie, maar de fysische principes zijn vergelijkbaar. Beide soorten compressoren zorgen ervoor dat het koudemiddelgas opgewarmd wordt tot een temperatuur die hoog genoeg is om een woning te verwarmen of warm water te leveren.

Toepassing van warmtepompen in woningen

In het context van woningverwarming zijn er twee belangrijke uitvoeringen van warmtepompen: de split- en de monoblock-uitvoering. Split warmtepompen bestaan uit een buitenunit en een binnenunit, waarbij de condensor zich in de binnenunit bevindt. De koudemiddelleiding loopt van de buitenunit naar de binnenunit. Bij monoblock warmtepompen zit de condensor in de buitenunit, en zijn de leidingen naar de binnenunit gevuld met water in plaats van koudemiddel.

Beide uitvoeringen hebben hun eigen voor- en nadelen. Split warmtepompen zijn geschikt voor woningen waar ruimte in de buitenunit beperkt is, aangezien de condensor binnen kan worden geplaatst. Monoblock warmtepompen zijn juist geschikt voor woningen waar ruimte binnen beperkt is, omdat de condensor buiten wordt geplaatst. Beide systemen zijn efficiënt, maar de keuze hangt af van de bouwstructuur en de voorkeuren van de gebruiker.

Een warmtepomp biedt verschillende voordelen ten opzichte van traditionele verwarmingsystemen zoals cv-ketels. Zo is een warmtepomp energie-efficiënt, milieuvriendelijk, en vereist het geen gasaansluiting of rookgasafvoer. Daarnaast kan het ook gebruikt worden voor het koelen van woningen in de zomer. De nadelen van een warmtepomp zijn vooral het hoge aankoopbedrag en het hogere stroomverbruik ten opzichte van een cv-ketel. Echter, door de stijgende prijzen van fossiele brandstoffen en de stijgende aandacht voor duurzaamheid, wordt de warmtepomp steeds aantrekkelijker voor eigenaren van woningen.

Koudemiddelcircuits en energieopslag

In sommige toepassingen van warmtepompen wordt ook gebruik gemaakt van energieopslag, bijvoorbeeld in de grond. Warmteopslag in de bodem is rendabel als er voldoende warmtevraag is en de benodigde temperatuur lager is dan ongeveer 50°C. Dit is vaak het geval in woningverwarming. De bodem kan als opslagruimte dienen voor zowel warmte als koude, afhankelijk van de seizoenen. In de winter wordt warmte uit de bodem gehaald, terwijl in de zomer warmte in de bodem wordt gestopt. Dit helpt bij het balanceren van het energieverbruik en zorgt voor een efficiënter systeem.

Een voorwaarde voor het toepassen van warmteopslag in de bodem is dat de lokale bodemgeschiktheid hieraan voldoet. Het is ook belangrijk om een jaarlijkse bodembalans op te stellen, waarbij het gebruikte en opgeslagen warmtevolume gelijk is aan het ingebrachte warmtevolume. In gevallen waarin de koudevraag groter is dan de warmtevraag, moet aanvullende koude in de bodem worden gebracht, bijvoorbeeld via droge koelers of koeltorens.

Akoestische eigenschappen en geluidsniveaus

De akoestische eigenschappen van koelinstallaties, waaronder warmtepompen, zijn een belangrijk aspect bij de keuze en installatie. De geluidsniveaus van de buitenunit en de binnenunit kunnen invloed hebben op de leefbaarheid van een woning. In de bronnen wordt vermeld dat het geluid dat een airconditioningsunit produceert niet het enige maatgevende aspect is, maar het waargenomen geluid in de verblijfsruimte bepaalt of het maximaal toegestane geluidsniveau van 30 dB niet overschreden wordt.

Het is daarom belangrijk om bij de keuze van een warmtepomp rekening te houden met de akoestische eigenschappen. De installatie van isolatiemateriaal of het kiezen voor een model met een lager geluidsniveau kan helpen bij het behouden van een comfortabele leefomgeving.

Toekomstperspectieven voor warmtepompen

De toepassing van warmtepompen in woningverwarming en koeling is een belangrijk onderdeel van de energietransitie. Door de hoge efficiëntie en de milieuvriendelijke eigenschappen van warmtepompen worden ze steeds meer gekozen als alternatief voor traditionele verwarmingsystemen. De groeiende markt leidt ook tot innovaties in koudemiddelen, compressoren, en installatietechnieken. Dit maakt warmtepompen niet alleen geschikter voor een breedere groep gebruikers, maar ook efficiënter en duurzamer.

Bij de keuze voor een warmtepomp is het van belang om rekening te houden met de specifieke omstandigheden van de woning, zoals de isolatie, de bron (lucht, grond of water), en de warmtevraag. Een juist gedimensioneerde en ingestelde warmtepomp levert niet alleen comfortabele verwarming, maar ook aanzienlijke energiebesparing op de lange termijn.

Conclusie

Warmtepompen zijn een essentieel onderdeel van moderne woningverwarming en koeling. Ze werken met koudemiddelen die in een gesloten kringloop verdampt en condenseert, wat leidt tot de opwekking of verwijdering van warmte. Het proces van faseveranderingen – van vloeistof naar gas en weer terug – is het kernprincipe van de werking van warmtepompen. Door het comprimeren en afkoelen van het koudemiddel wordt warmte opgewekt, die vervolgens kan worden gebruikt voor verwarming of warmwaterproductie.

De keuze van het koudemiddel, de uitvoering van de warmtepomp (split of monoblock), en de akoestische eigenschappen zijn allemaal belangrijke factoren bij de installatie. Daarnaast speelt energieopslag in de bodem in bepaalde toepassingen een rol bij het optimaliseren van het energieverbruik. In combinatie met de voordelen van energie-efficiëntie, milieuvriendelijkheid en duurzaamheid maakt dit warmtepompen een aantrekkelijke keuze voor eigenaren van woningen die op zoek zijn naar een duurzame verwarmingsoptie.