ID.nl logo
Hoe werkt een warmtepomp?
Energie

Hoe werkt een warmtepomp?

Door de huidige energieprijzen en het streven naar vermindering van de CO2-uitstoot denken steeds meer mensen na over de aanschaf van een warmtepomp. Bij ons heeft deze technologie nog steeds een jong imago, maar dat het hard kan gaan, bewijst een land als Zweden. Daar zit ondertussen ongeveer 60 procent van alle huishoudens aan de warmtepomp, terwijl de gemiddelde temperatuur daar 15 graden Celsius lager ligt dan in Nederland. Tijd dus om eens uit te leggen hoe een warmtepomp nou eigenlijk werkt.

De meest voorkomende vorm van verwarming in Nederland is nog steeds de cv-ketel gestookt op gas, maar de alternatieve warmtebronnen winnen terrein. Verreweg het populairste alternatief is de warmtepomp. Zo’n warmtepomp verbrandt geen brandstof om de woning te verwarmen of sanitair warm water te produceren (dus water voor de douche, de wastafel en de in de keuken), hij verbruikt alleen een aandeel elektriciteit. Deze oplossing pompt, of liever gezegd onttrekt, warmte uit de natuurlijke omgeving om die af te geven op een andere plaats: de cv-installatie of de boiler. Bijzonder aan een warmtepomp is dat hij veel meer warmte genereert dan dat hij opneemt en die winst voel je in je portemonnee.

Omgekeerde werking van de koelkast

Het principe van warmte onttrekken is afkomstig uit de koeltechniek en de werking kun je het best vergelijken met het omgekeerde schema van een koelkast. De koelkast onttrekt warmte aan zijn inhoud, zodat de temperatuur daar daalt, terwijl dat toestel aan de achterkant warmte afgeeft. En de basiselementen vind je ook terug in de warmtepomp.

Binnenin de koelkast zit een verdamper, dat is de witte plaat achteraan die af en toe bevriest. In deze plaat zit koelmiddel (koudemiddel). Dat is trouwens niet heel veel, slechts 20 tot 65 gram, afhankelijk van het model koelkast. In de meeste huishoudkoelkasten wordt een koudemiddel gebruikt dat bij dezelfde condities (atmosferische druk) een verdampingspunt (kookpunt) van -27 graden Celsius heeft. Bereikt het een temperatuur van -27 graden, dan zal het verdampen en overgaan in gasvorm. Juist die eigenschap speelt een cruciale rol in het hele proces. Vloeistof die verdampt, onttrekt altijd warmte-energie. Verdamping zorgt dus voor afkoeling. Probeer maar eens enkele druppels aceton op je huid: ze verdampen bij 20 graden Celsius onmiddellijk en dat voelt ijskoud aan.

Maar hoe werkt dat dan precies? Het koudemiddel begint als vloeistof wanneer het door het expansieventiel (ook wel expansieklep genoemd) in het circuit naar de verdamper gaat. Terwijl het koelmiddel door de verdamper stroomt, absorbeert het de warmte van de binnenkant van de koelkast. In de verdamper zal het koudemiddel in een gas veranderen (omdat de temperatuur door de opgenomen warmte boven de -27 graden Celsius uitkomt). De compressor zuigt het koelgas op en tegelijk de opgenomen warmte van de voedselproducten. Bovendien drukt de compressor het gas nog eens flink samen. Wanneer je gas samendrukt, stijgt de temperatuur. Het koudemiddel heeft de hitte en de hoge druk geabsorbeerd en stroomt nu naar de condensor. Dat is het zwarte rooster achteraan de koelkast. Tijdens dit proces straalt het zijn warmte uit (vandaar dat je ook altijd wat ruimte moet overlaten tussen de achterkant van de koelkast en de muur – anders kan de warmte niet goed weg) en koelt het opnieuw af tot het weer vloeistof wordt. Vandaar gaat het opnieuw naar het expansieventiel. Zo is de cirkel rond.

De componenten van de koelkast vind je ook terug in de warmtepomp.

Warmte onttrekken aan de natuur

Ook een warmtepomp bestaat uit een gesloten circuit waarin zich enkele natuurkundige processen afspelen. Dat is al een belangrijk verschil met de gasbrander waar het water van het verwarmingssysteem door de brander stroomt. Door het circuit van de warmtepomp stroomt geen water, maar een koudemiddel zoals bij de koelkast. Aan de bronkant zal het koelmiddel de temperatuur vanuit de omgeving onttrekken en uiteindelijk zal de warmtewisselaar van de warmtepomp de energie afstaan aan het verwarmingssysteem. Er zijn verschillende bronnen. Soms kiest men een warmtepomp die de warmte haalt uit de bodem. Deze pompen halen het hoogste rendement, maar de aanschaf- en installatieprijs zijn het hoogst. Er zijn ook warmtepompen die de warmte halen uit grondwater, of water van een meer. De minst dure oplossing is een warmtepomp die gewoon energie haalt uit de buitenlucht. Die werkt met een buiten-unit waarin de ventilator de buitenlucht aanzuigt. Op de foto zie je de belangrijkste onderdelen van de warmtepomp.

1) compressor, 2) condensor, 3) expansieventiel, 4) verdamper achter de ventilator, 5) voorraadvaatje koudemiddel, 6) expansieventiel. | Foto: Climaways, model: Solvis Lea

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.

Zelfs als het buiten ijskoud is

Net zoals bij een koelkast gaat de omgevingswarmte langs de verdamper die gevuld is met koudemiddel. De belangrijkste eigenschap van dit koudemiddel is dat het verdampt bij een temperatuur van ongeveer -20 graden Celsius en bij een druk van slechts 2 bar. In de praktijk betekent dit dus dat zolang het nog geen twintig graden vriest, de warmtepomp gewoon zijn werk kan doen. De koelvloeistof neemt de omgevingswarmte meteen op en zal snel verdampen. Het koelmiddel wordt als damp aangezogen door een compressor. Die fungeert als pomp en tegelijk perst de compressor de vloeistofdamp samen tot 25 bar. Net als bij een fietspomp die warm wordt door samen te drukken, stijgt de temperatuur in de compressor tot 60 graden. Bij deze temperatuur komt het gas in de condensor. Hier geeft het koudemiddel zijn warmte af aan het verwarmingssysteem, waardoor de bewoners kunnen genieten van een lekker verwarmd huis of een warm bad. Tijdens de warmteafgifte condenseert het koudemiddel zoals warme damp op een spiegel.

In de laatste fase heeft het koudemiddel al zijn warmte afgegeven en is het opnieuw afgekoeld. Het koudemiddel wordt het dan opnieuw vloeibaar en kan het uitzetten, want gas neemt minder plaats in dan een vloeistof. Het expansieventiel verlaagt de druk op de vloeistof weer naar 1,5 bar. Hierdoor daalt de temperatuur van het koudemiddel. De drukverlaging zorgt voor afkoeling. Je kunt die afkoeling door drukverlaging ook voelen als je een spuitbus leegspuit. Vanaf het expansieventiel stroomt het koudemiddel naar de verdamper en begint de hele cyclus begint opnieuw.

Het werkingsschema van de warmtepomp.

Minder energieverbruik minder milieubelastend

De werking van een warmtepomp is dus gebaseerd op een vicieuze cirkel van verdamping, compressie, uitzetting en condensatie. Bij dit hele proces is de compressor de enige component die arbeid verricht. De verhouding tussen de afgegeven warmte in de condensor en de energie die wordt verbruikt door de motor van de compressor noemen we de coëfficiënt of performance oftewel de COP. Tegenover alle energie die een warmtepomp levert, komen er vier delen energie uit een bron (lucht of water) en komt één deel van elektriciteit. Of anders gezegd: voor de productie van 5 kWh energie of warmte heeft de warmtepomp 1 kWh elektriciteit nodig. De COP is in dit voorbeeld dus 5. Warmtepompen die hun warmte uit de buitenlucht halen, hebben bij vorst een aanmerkelijk lagere COP. Ook de verschillende compressortypen beïnvloeden de COP.

Naast besparing op de stookkosten levert een warmtepomp minder CO2-uitstoot op. Een ander voordeel is dat de woning een interessanter energielabel krijgt. Sinds 2015 moet iedere woning een energielabel hebben. Door een warmtepomp te installeren, stijgt het energielabel van de woning met één tot twee stappen. Vaak zorgen warmtepompen ook voor natuurlijke koeling, wat met deze hete zomers een leuk extraatje is. Dat kan op verschillende manieren, waarop we in een ander kennisartikel terugkomen.

Weten welke warmtepomp bij jou past?

Doe de check op Kieskeurig.nl en je weet het binnen 5 minuten!

Vergelijkende schatting voor een woning van 100 m2, gebouwd in 2000 met vloerverwarming.

Lage temperatuurverwarming

Een warmtepomp wordt altijd gecombineerd met een systeem van lage temperatuurverwarming. Dan denken we in de eerste plaats aan vloerverwarming, maar luchtverwarming, speciale radiatoren en convectoren kunnen ook. Het bedrijf ClimateBooster komt met dubbele plaatradiatoren waar de warmteafgifte vergroot wordt door er lucht doorheen te blazen. In deze radiatoren zitten zogenaamde boosterventilatoren. Wanneer de aanvoerbuis van de radiator 30 graden Celsius meet, beginnen de radiatoren te draaien en creëren ze een gecontroleerde luchtstroom. Nadeel is dat deze kleine ventilatoren een zoemgeluid maken.

Daarnaast bestaan er convectoren waarin ook ventilatoren in de behuizing zijn verwerkt. De Belgische convectorfabrikant Jaga is koploper in de ontwikkeling van convectoren met ingebouwde ventilatoren en ook de Nederlandse convectorproducent Betherma volgt dit voorbeeld. Producent Climarad mikt dan weer op ventilatorconvectoren bedoeld voor woningen met een centraal ventilatiesysteem en ingebouwde warmteterugwinning. Dit systeem zorgt zowel voor verwarmen en koelen via de lucht, maar de ramen moeten dan wel dicht blijven.

Dankzij lage temperatuurverwarming en een warmtepomp kun je je huis zelfs in de vrieskou verwarmen. | Foto: Viessmann

Ook nog een buffervat en boiler

Naast goede isolatie en de juiste radiatoren of vloerverwarming voor lage temperatuurverwarming, moet je bij een all-electric warmtepomp ook nog rekening houden met een plek voor een buffervat. Heel vaak kom je een buffervat naast de warmtepomp tegen. De voornaamste reden om een buffervat te plaatsen is om snel warm water te kunnen leveren aan de verwarming. Dankzij het buffervat moet de compressor niet voortdurend in- en uitschakelen. Dit verhoogt de levensduur van de compressor. In een buffervat zit dus cv-water en geen water voor douche of bad. Voor sanitair warm water heb je een derde eenheid nodig: de boiler. In een huishouden tot drie personen volstaat een boiler van 200 liter en vaak zit dat geïntegreerd in de warmtepomp. Vanaf vier personen of meer heb je een boiler van 300 liter nodig. Dit vraagt extra ruimte naast de warmtepomp, ter grootte van een staande vrieskist. Een hybride warmtepomp heeft geen boilervat nodig omdat de cv-ketel voor warm tapwater zorgt.

Geschikt voor jou?

Een warmtepomp is vooral financieel interessant bij grotere woningen, omdat je dan veel kunt besparen op energie. Dat betekent niet dat kleine woningen geen warmtepomp kunnen gebruiken: de winst zal gewoon lager zijn. Op dit moment moet de warmtepomp het vooral van de energiekosten hebben die veel lager liggen dan bij een gasgestookte cv-ketel; wel liggen de aanschafkosten hoger. Al verwachten we dat die in de toekomst wel zullen dalen.

Een warmtepomp wordt altijd gecombineerd met lage temperatuurverwarming, zoals vloerverwarming.

▼ Volgende artikel
TP-Link demonstreert eerste werkende wifi 8-verbinding
© Vladimir - stock.adobe.com
Huis

TP-Link demonstreert eerste werkende wifi 8-verbinding

TP-Link heeft met succes de eerste wifi 8-verbinding tot stand gebracht. Tijdens een test met een prototype-apparaat wist het bedrijf stabiele gegevensoverdracht te realiseren volgens de nieuwe 802.11bn-standaard. Daarmee is de haalbaarheid van wifi 8 officieel aangetoond, een belangrijke stap richting de volgende generatie draadloze netwerken.

Wifi 8, ook bekend als IEEE 802.11bn, richt zich niet op hogere pieksnelheden maar op betrouwbaarheid en stabiliteit. De nieuwe standaard is ontworpen om meer apparaten tegelijk te ondersteunen zonder dat de verbinding hapert, ook als je verder van de router zit of door het huis beweegt. Dat maakt de technologie interessant voor drukke huishoudens met veel slimme apparaten of voor toepassingen zoals videogesprekken, gaming en 8K-streaming.

Een van de belangrijkste verbeteringen is de manier waarop wifi 8 met signaalsterkte en kanaalgebruik omgaat. Met functies als Distributed Resource Units (DRU) en Enhanced Long Range (ELR) blijft de verbinding stabiel, zelfs aan de grenzen van het bereik. Unequal Modulation (UEQM) zorgt dat elk apparaat op zijn optimale snelheid werkt, waardoor één zwakke verbinding de rest niet meer vertraagt. Ook Dynamic Sub-band Operation (DSO) en Non-Primary Channel Access (NPCA) helpen drukte op het netwerk te voorkomen door kanalen slimmer te verdelen.

Hoewel wifi 8 de maximale snelheid van wifi 7 niet verder verhoogt – beide halen theoretisch tot 23 Gbit/s – ligt de nadruk nu op constante prestaties en lage vertraging (latentie). Dat moet merkbaar zijn bij taken die gevoelig zijn voor onderbrekingen, zoals videobellen of online gamen.

TP-Link zegt samen met partners te werken aan verdere ontwikkeling van wifi 8 en verwacht dat de eerste compatibele producten verschijnen zodra de standaard officieel wordt goedgekeurd. Een exacte releasedatum is nog niet bekend; dat hangt af van certificering en regionale regelgeving. Tot die tijd blijven wifi 7-routers de snelste optie voor consumenten.

©TP-Link

Wat is wifi 8 (802.11bn)?

Wifi 8 is de opvolger van wifi 7 en de eerste standaard die zich richt op Ultra High Reliability. In plaats van vooral hogere snelheden te leveren, belooft de technologie stabielere verbindingen, lagere latentie en soepel roamen tussen access points. Wifi 8 gebruikt de bestaande frequentiebanden van 2,4, 5 en 6 GHz en werkt samen met oudere apparaten, al profiteren nieuwe wifi 8-clients het meest van de verbeteringen.

▼ Volgende artikel
KPN-app geeft nu persoonlijk wifi-advies aan gebruikers
© KPN
Huis

KPN-app geeft nu persoonlijk wifi-advies aan gebruikers

KPN heeft een nieuwe functie toegevoegd aan de MijnKPN-app waarmee gebruikers persoonlijk wifi-advies krijgen. De app helpt klanten om het draadloze netwerk in huis te verbeteren, bijvoorbeeld door te laten zien waar een wifiversterker beter kan staan.

De nieuwe functie analyseert de kwaliteit van het wifi-netwerk en geeft praktische tips om de dekking te verbeteren. Als een SuperWifi-punt te ver van het modem staat, laat de app zien waar het beter geplaatst kan worden. Ook meldt de app wanneer het modem een update nodig heeft. Met één druk op de knop krijgt de gebruiker direct inzicht in wat er verbeterd kan worden, zonder dat er een monteur hoeft langs te komen.

Volgens KPN is het doel om klanten meer grip te geven op hun thuisnetwerk, zonder technische kennis. Het advies verschijnt automatisch in de app nadat de gebruiker toestemming geeft voor de analyse.

©KPN

KPN's SuperWifi-producten maken gebruik van wifi 6-technologie en zijn bedoeld om overal in huis een stabiel signaal te bieden. Via de MijnKPN-app kunnen gebruikers niet alleen hun netwerk optimaliseren, maar ook instellingen beheren zoals gastwifi of extra SuperWifi-punten toevoegen.

De nieuwe wifi-functie is per direct beschikbaar in de MijnKPN-app. Meer informatie over SuperWifi en de app staat op kpn.com/superwifi en kpn.com/app.

Wat is SuperWifi?

SuperWifi is de naam van KPN's eigen wifiversterkers die samenwerken met het modem om het signaal in huis te versterken. De apparaten gebruiken wifi 6, een snellere en stabielere standaard die beter omgaat met meerdere apparaten tegelijk. Via de MijnKPN-app kunnen gebruikers zien waar de versterkers het best geplaatst kunnen worden.