Een warmtepomp voor de verwarming van huizen en het produceren van water is de laatste tijd flink in opmars. De techniek is eigenlijk best heel eenvoudig:
“je haalt warmte van buiten om je huis binnen mee te verwarmen.”
In Duitsland en in de Scandinavische landen wordt deze techniek al veel langer toegepast en is vast onderdeel bij het ontwerp van een woning. Maar ook in Nederland is er steeds meer belangstelling voor deze alternatieve verwarmingsbron. Een warmtepomp is eigenlijk een omgekeerde koelkast. Bij een koelkast wordt de warmte uit de koelkast naar buiten getrokken, een warmtepompinstallatie haalt deze natuurlijke warmte van buiten om juist binnen te benutten. Rondom het huis kan daarbij gebruik gemaakt worden van warmte uit de lucht, grond of grondwater. In de grond is de temperatuur vanaf een diepte van 1,5 meter bijvoorbeeld het hele jaar meer dan 0°C.
Hoe werkt een warmtepomp?
De huidige generatie warmtepompen zijn veelal gebaseerd op een elektrisch aangedreven compressietechniek. Daarbij wordt in een gesloten circuit vloeistof rondgepompt. Deze vloeistof is afhankelijk van de druk en temperatuur in vloeibare of gasachtige toestand. Het is deze veranderingen van toestand dat er voor zorgt dat de warmte wordt opgenomen en vervolgens weer afgegeven.
Een warmtepompinstallatie bestaat uit een vloeistofcircuit een pomp, een expansieventiel en twee warmtewisselaars. De verdamper haalt de warmte van buiten en de condensator zorgt ervoor dat de warmte weer wordt afgegeven. In stappen gebeurd het volgende:
- Stap 1: Onttrekking van warmte – Een vloeistof met een kookpunt lager dan de omgevingstemperatuur dient als transportmiddel van de warmte. De vloeistof onttrekt warmte aan de buitenlucht of andere warmtebron en verdampt deze vervolgens in de verdamper.
- Stap 2: Compressie – Een compressor drukt vervolgens de verdampte vloeistof samen. Hierdoor stijgt de druk en de temperatuur van de damp.
- Stap 3: Afgifte van warmte – De verzamelde warmte van de damp wordt via een condensor vervolgens weer afgegeven aan een boilervat. Doordat de damp in dit vat weer afkoelt condenseert deze weer tot vloeistof. Deze stroomt vervolgens weer via het expansieventiel (die de druk en daarmee ook de temperatuur verlaagt) naar de verdamper waarmee het proces weer opnieuw begint.
Rendament warmtepomp
Een warmtepomp pompt in een gesloten circuit koelvloeistof rond. Hiervoor gebruikt de pomp gas of elektriciteit. Het rendement van de pomp wordt uitgedrukt in de prestatiecoëfficiënt de COP (Coëfficiënt of Performance). Deze geeft de verhouding tussen de afgegeven energie en de opgenomen energie weer. Een prestatiecoëfficiënt van 3 betekent dat om drie warmte-eenheden te produceren de pomp één eenheid elektrische energie nodig heeft. De COP is altijd groter dan 1 je leest daarom altijd over rendementen hoger dan 100%. Een warmtepomp is interessant als het energieverbruik van de pomp ruimschoots wordt gecompenseerd door de gewonnen warmte (een hoge COP). Dit rendement wordt bepaald door het verschil en de stabiliteit van de temperatuur tussen de koudebron en de warmtebron, de efficiëntie van de warmtewisselaars en het elektriciteitsverbruik van de compressor.
Warmte uit de grond
Wanneer een warmtepomp haar warmte uit de grond haalt spreken we over een geothermische warmtepomp. Er zijn hiervoor twee systemen die worden toegepast. De warmtewisselaar die horizontaal in de grond van de tuin wordt geplaatst en de warmtewisselaar die verticaal in diepere grondlagen wordt aangebracht.
Horizontale warmtepomp
De zon warmt de aarde op en deze energie kan worden teruggewonnen door een leidingnet die ongeveer 70 centimeter onder de grond wordt aangebracht. Heb je een goed geïsoleerd huis dan moet de beschikbare grond in de tuin ongeveer 1,5 keer zo groot zijn als het te verwarmen oppervlak. Een slecht geïsoleerde woning heeft een groter oppervlak nodig om voldoende warmte uit de grond te kunnen halen. Hou wel rekening met de aanleg van de tuin, wortels kunnen de leidingen van de warmtepomp beschadigen.
Verticale warmtepomp
Het is ook mogelijk om de leidingen verticaal in de grond te plaatsen tot een diepte van 50 tot 150 meter. De temperatuur van de aarde is op die diepte hoger. Deze warmte is afkomstig van zonnestraling, grondwater uit oppervlaktewater en door verwarming vanuit de aardkern. Een verticale pomp is ideaal als woonhuizen onvoldoende ruimte hebben voor een horizontale plaatsing van het buizensysteem.
Warmte uit de lucht
Warmte uit water
Een aerothermische warmtepomp haalt zijn warmte uit de buitenlucht. De verdamper bestaat uit een reeks buizen waar de koelvloeistof doorheen stroomt. Deze buizen staan in contact met de omgevingslucht. De lucht kan op natuurlijke wijze rondstromen (warmtewisselaar met statische lucht) of ondersteund met behulp van een ventilator. Het nadeel van een luchtwarmtewisselaar is dat deze afhankelijk is van de temperatuur van de lucht en zoals iedereen weet schommelt deze sterk. Het rendement (COP) van deze luchtwarmtepompen varieert dan ook sterk. Daardoor is het meestal noodzakelijk dit systeem te combineren met een andere verwarmingsbron om bij te kunnen springen als niet voldoende warmte voor handen is.
Het is ook mogelijk om de warmte uit het grondwater, een vijver of zelfs een rivier te benutten. Deze techniek kan interessant zijn omdat deze bronnen over het algemeen een vrij stabiele temperatuur kunnen leveren wat ten goede komt aan het rendement. Het is echter niet in alle situatie mogelijk.
Warmte benutten met vloerverwarming en wandverwarming
Je kunt de warmte die wordt gewonnen met een warmtepomp op verschillende manieren benutten. De theorie daarbij is dat hoe lager de gebruikte temperatuur is hoe efficiënter de installatie werkt. Met andere woorden hoe kleiner het verschil tussen de koudebron en de warmtebron hoe hoger het rendement. Lage temperatuur verwarming wordt veel toegepast via vloerverwarming en wandverwarming. Vloer- en wandverwarming zorgen door het grote oppervlak voor een gelijkmatige temperatuur verdeling waardoor op veel lagere temperatuur gestookt kan worden met behoud van comfort.
