Wat is een warmtepomp?
Hoe is het mogelijk dat een warmtepomp, wanneer het buiten vriest, toch nog warmte kan halen uit de buitenlucht? En verbruikt een warmtepomp dan helemaal geen energie? In een paar minuten praten we je bij over de werking van een warmtepomp.
We zijn gewend om bij verwarmen aan verbranding te denken. De meeste huisinstallaties hebben een gasbrander of een stookoliebrander. Bij een warmtepomp mag je het woord ‘brander’ vergeten: er wordt namelijk niets verbrand. De warmtepomp haalt de warmte uit de omgeving en geeft die energie af aan het water van het verwarmingssysteem. Die omgevingswarmte is gratis, dat is dus interessant. Bovendien heeft dit toestel een slimme manier om door middel van druk de opgenomen energie enorm te verhogen.
Het idee van de warmtepomp komt eigenlijk uit de koeltechniek. En je begrijpt alles beter als we even met de koelkast vergelijken. Je legt een fles frisdrank die nog op kamertemperatuur is in de koelkast. De koelkast haalt de warmte uit de frisdrank en geeft die af aan de achterkant van de koelkast. Daarom moet een ingebouwde koelkast altijd een ventilatierooster hebben bovenaan in het keukenblok, want aan de achterkant moet de koelkast de opstijgende warmte kwijt.
Volgens dit principe zou je ook een kamer kunnen verwarmen. Stel dat je een lege koelkast half door een raam zou plaatsen met de koelkastdeur open, dan onttrekt de koelkast warmte aan de buitenlucht om die af te geven in de kamer. Uiteraard is dit een theoretisch experiment, maar het gaat om het idee.
Een warmtepomp werkt volgens hetzelfde principe, maar slimmer. De warmtepomp is ook een toestel dat warmte onttrekt aan de omgeving met een lage temperatuur om die warmte aan de andere kant aan een hogere temperatuur af te geven.
De koelkast onttrekt de energie aan zijn binnenkant en geeft de warmte aan de achterkant af.
De vier belangrijkste onderdelen van een warmtepomp zijn: een verdamper, een compressor, een condensor en een expansieventiel (ook wel expansieklep genoemd). Deze vier onderdelen maken deel uit van een volledig afgesloten circuit. Dit circuit is gevuld met een speciaal koudemiddel. Een belangrijke eigenschap van dit koudemiddel is dat het al verdampt op hele lage temperatuur, bij -20 graden Celsius.
Laten we uitgaan van het voorbeeld waarbij een warmtepomp zijn energie haalt uit de buitenlucht. Via een ventilator maakt de verdamper contact met de buitenlucht. In deze verdamper verdampt het vloeibare koudemiddel. De temperatuur buiten is bijvoorbeeld 5°C en het koudemiddel verdampt al bij -20°. Bovendien is de druk in de verdamper ook laag: 1,5 bar. Op die manier zal het koudemiddel dus warmte overnemen van de buitenlucht.
Dit koudemiddel wordt opgezogen door de elektrische compressor. Daarbij drukt de compressor dit koudemiddelgas samen tot 25 bar. Door deze compressie stijgt de temperatuur van het gas tot wel 60°C. Als je met een fietspomp het uiteinde dichtknijpt en je verhoogt de druk, dan merk je dat de pomp warm wordt.
In de condensor condenseert het koudemiddel bij 25 bar en dit onderdeel wisselt de warmte uit met het water van de vloerverwarming of het sanitair warmwatersysteem. Hierdoor kun je genieten van een warme woning en een warme douche.
In de warmtepomp stroomt het koudemiddel dat door condensatie ondertussen weer vloeibaar is geworden naar het expansieventiel. Hier zakt de druk van 25 bar naar 1,5 bar en daalt de temperatuur van het koudemiddel weer naar -20°C. Ten slotte komt het koudemiddel op lage druk opnieuw in de verdamper en de cirkel is rond.
Zo werkt de warmtepomp.
Bar De temperatuur waarop een vloeistof verdampt noemen we ook het kookpunt. Dat kookpunt wordt niet alleen bepaald door de temperatuur, maar ook door de druk. Bijvoorbeeld: een pannetje water kookt op zeeniveau op 100°C. Hetzelfde pannetje water kookt op de Mount Everest al bij 70°C, omdat de (lucht-)druk daar erg laag is. Doen we het water in een hogedrukpan (een snelkookpan), dan kookt het water bij 120°C. Door die hoge temperatuur van het water is het gerecht sneller klaar. Als je dus een verdamppunt vermeldt, dan moet je ook altijd zeggen bij hoeveel druk. Dat wordt uitgedrukt in bar. Druk speelt een belangrijke rol als we het hebben over warmtepompen.
Een warmtepomp verplaatst dus niet zomaar warmte: de compressor zorgt door drukverhoging dat de temperatuur die uit de buitenlucht wordt gehaald ontzettend toeneemt. In het voorbeeld van hierboven beschreven we een warmtepomp die energie haalt uit de buitenlucht, maar er zijn ook warmtepompen die de warmte uit grondwater of uit een meertje halen. De meeste rendabele, maar ook de duurste systemen gebruiken de aardwarmte en daarvoor wordt er een sonde in de bodem aangebracht tot op een diepte van 100 meter of meer.
Het principe van een lucht-waterwarmtepomp met een binnen- en een buiten-unit.
Het element dat het meeste stroom verbruikt in een warmtepomp is de compressor, maar voor iedere kW die dit onderdeel verbruikt, levert de warmtepomp 5kW energie. De winst is dus 5 op 1. Een warmtepomp is relatief duur in aankoop, maar je bespaart op stookkosten. Omdat een warmtepomp geen fossiele brandstof verbrandt, is er ook minder CO2-uitstoot. Daar staat tegenover dat zo’n warmtepomp meer elektriciteit verbruikt dan de klassieke cv-ketel. Als die elektriciteit wordt opgewekt met behulp van fossiele brandstof dan daalt de milieuwinst van deze oplossing. De elektriciteit die in Nederland uit het stopcontact komt, is nog maar voor een derde groene stroom. Heb je voldoende budget, dan zou je dit (deels) kunnen opvangen door ook fotovoltaïsche zonnepanelen te plaatsen. Omwille van milieuredenen en om op gas te besparen heeft de Nederlandse regering trouwens beslist dat huiseigenaren vanaf 2026 bij vervanging van de cv-ketel moeten overstappen naar een duurzamer alternatief zoals de warmtepomp.
Met zonnepanelen zorg je dat de warmtepomp nog milieuvriendelijker wordt.
