Hoe werkt een warmtepomp?

Op de vraag ‘hoe werkt een warmtepomp?’ is een eenvoudig en een technisch antwoord te geven. Het eenvoudige antwoord op de vraag over de warmtepomp werking is dat warmte in de lucht, de bodem en grondwater daaruit wordt getrokken. Hiervoor is elektrische energie nodig. Dat lijkt op zich tamelijk ongeloofwaardig, want lucht, water en de grond zijn doorgaans niet zo heel warm. Maar een warmtepomp kan warmte onttrekken uit lucht en water met temperaturen die dicht bij nul graden liggen. In dit artikel wordt de vraag ‘hoe werkt een warmtepomp?’ uitgebreid behandeld.

Verschillende soorten warmtepompen

Om de vraag ‘hoe werkt een warmtepomp installatie’ goed te kunnen beantwoorden wordt eerst gekeken naar de verschillende soorten warmtepompen. Deze worden namelijk ingedeeld naar de bron waar ze hun warmte vandaan halen. De warmtepomp werking is bij de verschillende systemen nagenoeg hetzelfde.

Lucht/water-warmtepomp

Een warmtepomp die zijn warmte onttrekt aan de buitenlucht wordt een lucht/water-warmtepomp genoemd. Deze warmtepompen zijn herkenbaar aan een buitenunit, die sterk lijkt op die van een airconditioning. De warmte uit de buitenunit wordt vervolgens door de warmtepomp overgedragen aan het verwarmingssysteem in huis.

Water/water-warmtepomp

Bij een water/water-warmtepomp wordt de warmte uit het grondwater onttrokken. Om bij het grondwater te komen worden twee buizen in de grond geboord. Via een buis wordt relatief warm water opgepompt. De warmte wordt door de warmtepomp uit het water gehaald en daarna wordt het afgekoelde water weer de grond in gepompt. Je hebt dus twee putten met water nodig: een warme en een koude. In de zomermaanden draait de warmtepomp de andere kant op. Dan wordt koelte uit de koude put de woning in gebracht en zal het warme water terug worden gepompt in de warme put.

Bodem/water-warmtepomp

Een bodem/waterwarmtepomp haalt zijn warmte uit een buizenstelsel in de grond. Dat wordt soms verticaal in de grond gemaakt, maar soms bestaat het ook uit een horizontaal buizenstelsel dat dicht onder het oppervlak ligt. In dat geval worden de buizen opgewarmd door bodemwarmte in combinatie met instraling van de zon. Zo’n buizenstelsel is, in tegenstelling tot een water/water-warmtepomp, een gesloten systeem. In de buizen zit een speciale vloeistof, die gemakkelijk warmte kan opnemen en afgeven.

Hoe werkt een warmtepomp van binnen?

Je hebt kunnen zien dat de warmtepomp werking altijd afhankelijk is van een bron (lucht of water). Maar hoe werkt een warmtepomp nu van binnen? Om dat te kunnen begrijpen moet je even terugdenken aan de natuurkundelessen op de middelbare school. Daar heb je geleerd dat het energie kost om een vloeistof te laten verdampen tot een gas. Bij het omgekeerde proces, van gas naar vloeibaar, komt die energie weer vrij. Dat is het principe dat in een warmtepomp wordt toegepast, maar er gebeurt nog meer.

Voor het antwoord op de vraag ‘hoe werkt een warmtepomp installatie van binnen’ moet je ook iets weten over het effect van druk op gassen en vloeistoffen. Als de druk op een vloeistof wordt verlaagd, zal die sneller onder invloed van warmte overgaan in de gasvorm. Omgekeerd zal de temperatuur van een gas, dat onder druk wordt gezet, stijgen. Dan kan het gas sneller zijn warmte afstaan en condenseren tot een vloeistof. Dit principe is ook het geheim achter de snelkookpan. Doordat de inhoud van de pan onder druk staat, kookt het water in de pan pas bij 120 graden, waardoor het eten sneller gaar is.

Het proces bij de bron van de warmtepomp

Om de vraag ‘hoe werkt een warmtepomp’ goed te kunnen beantwoorden kijken we eerst naar het onttrekken van warmte aan de bron. Zoals je hebt gezien kan dat lucht of water zijn. Voor het transport van warmte in een waterpomp wordt een vloeistof gebruikt met een heel laag kookpunt. Dat heet het koudemiddel. Het kookpunt van die vloeistof ligt maar een paar graden boven nul. Die vloeistof wordt onder lage druk rondgepompt aan de bronzijde van de warmtepomp. Door het lage kookpunt en de lage druk zal de vloeistof warmte uit de bron onttrekken en tegelijk gasvormig worden. Dit gas wordt naar de afgifte zijde van de warmtepomp gepompt.

Het proces bij de afgifte zijde van de warmtepomp

Zodra het gas in de warmtepomp aan de afgifte zijde is aanbeland wordt het onder druk gezet. Door die verhoging van de druk stijgt de temperatuur van het gas. Daardoor wordt gemakkelijk warmte afgegeven. Dat zorgt er ook voor dat het gas weer gaat condenseren tot een vloeistof. De warmte wordt afgegeven aan het water in de verwarming, die het vervolgens weer overdraagt aan de lucht in de woning. Vervolgens is de energie verdwenen uit het koudemiddel. Dat wordt opnieuw naar de bron gepompt, de druk wordt weer verlaagd, zodat het hele proces weer van voren af aan kan beginnen.

Samenvatting werking warmtepomp cv

In het kort komt het antwoord op de vraag ‘hoe werkt een warmtepomp?’ op het volgende neer. In de warmtepomp zit een gesloten circuit met een koudemiddel. Aan de bron wordt de druk op die vloeistof verlaagd, waardoor energie in de vorm van warmte aan de buitenlucht kan worden onttrokken. Het middel wordt vervolgens aan de afgifte kant onder druk gezet, waardoor de warmte uit het gas wordt afgegeven aan de CV en het gas weer vloeibaar wordt. Er wordt dus op een slimme manier gebruik gemaakt van twee natuurkundige eigenschappen van vloeistoffen.

1. Puntsgewijs komt het tijdens het rondpompen van het koudemiddel op het volgende neer:
2. Aan de buitenzijde: druk op koudemiddel verlagen, zodat het verdampt en warmte opneemt.
3. De druk op het koudemiddel wordt vervolgens verhoogd, waardoor de temperatuur stijgt.
4. Het warme koudemiddel wordt naar binnen gepompt en geeft zijn warmte aan de binnenzijde af, waardoor het condenseert tot een vloeistof.

De druk op het koudemiddel wordt weer verlaagd, waardoor de temperatuur nog verder daalt.

Oude technieken

Er wordt soms gedaan alsof de warmtepomp een technische doorbraak is geweest, maar dat klopt niet. In feite is het principe van de warmtepomp niets anders dan een koelkast die de andere kant op draait. De techniek is dus al heel oud. Met de beschrijving van de werking van de warmtepomp is meteen de vraag ‘hoe werkt een warmtepomp droger’ beantwoord. Want ook daar onttrekt het koelmiddel de warmte uit de lucht om daarmee het wasgoed te drogen. Omdat de lucht hergebruikt wordt, is dit type wasdroger veel zuiniger dan de conventionele condens drogers.

Waarvoor heeft de warmtepomp elektriciteit nodig?

Voor de warmtepomp werking is energie nodig in de vorm van elektriciteit. Die wordt vrijwel volledig gebruikt voor het rondpompen van het koudemiddel. Een klein deel van de benodigde elektriciteit wordt gebruikt om de buitenunit van een lucht/water-warmtepomp te laten draaien, om het grondwater op te pompen, of om de vloeistof in een grond/water-warmtepomp rond te pompen. Een warmtepomp is een behoorlijk efficiënt systeem. Het kost ongeveer een kwart van het geleverde vermogen, wat betekent dat er een rendement van 400 % kan worden behaald. Die efficiency wordt uitgedrukt in een getal, de COP, wat staat voor Coëfficiënt of Performance.

Drempels voor een brede introductie

Veel consumenten kunnen de vraag ‘hoe werkt een warmtepomp’ wel beantwoorden. Er wordt ook wel nagedacht over de aanschaf van een warmtepomp, maar desondanks wordt de warmtepomp nog niet in grote hoeveelheden geleverd. Dat komt doordat er naast de voordelen ook wel wat bezwaren kleven aan een warmtepomp. Een warmtepomp is ten eerste erg duur. Vooral de lucht/water-warmtepompen kunnen nogal wat geluidsoverlast veroorzaken.

Een ander probleem is de temperatuur aan de afgifte zijde. Die is niet hoog genoeg om een woning te verwarmen met conventionele radiatoren. Als je een warmtepomp aanschaft ben je dus genoodzaakt om ook lage temperatuur radiatoren te plaatsen of gebruik te maken van vloerverwarming. Het gaat dus niet alleen om de vraag ‘hoe werkt een warmtepomp’, maar ook over andere noodzakelijke investeringen in je woning.