Hoe werkt een warmtepomp?
Een warmtepomp lijkt misschien een mysterieuze machine, maar het principe is eigenlijk vrij eenvoudig. Hoe kan een warmtepomp met slechts 1 kW aan elektriciteit toch 4 kW aan warmte leveren? Dat klinkt bijna te mooi om waar te zijn, maar het draait allemaal om natuurkunde: de wet van behoud van energie. Energie kan niet zomaar worden gecreëerd of verdwijnen; het wordt altijd van de ene plek naar de andere verplaatst.
Bij een warmtepomp gaat het om warmte-energie. Elk object met een temperatuur bevat energie. Als je die energie onttrekt, daalt de temperatuur van dat object. Haal je bijvoorbeeld warmte uit water, dan koelt het water af en kan het zelfs bevriezen. De onttrokken energie verdwijnt echter niet; deze wordt verplaatst naar een vloeistof in de warmtepomp, die het vervolgens transporteert naar een andere plek.
De werking van een warmtepomp
Een warmtepomp onttrekt warmte uit een bron, zoals lucht, water of de bodem, en geeft deze warmte af aan het water in je verwarmingssysteem. Dit proces is vergelijkbaar met hoe een koelkast werkt, maar dan omgekeerd. Bij een koelkast wordt warmte uit het apparaat gehaald en naar buiten afgevoerd. Dit kun je voelen aan het warme zwarte rooster aan de achterkant van de koelkast.
Een eeuwenoud principe in een moderne toepassing
Het principe van de warmtepomp is niet nieuw. Wat wel relatief nieuw is, is het gebruik ervan voor het verwarmen van woningen. In Nederland stapten we in de jaren 50 massaal over op aardgas. Dit was schoon, goedkoop en makkelijk om te zetten in warmte, waardoor de noodzaak om alternatieve verwarmingsmethoden te ontwikkelen klein was.
In andere landen, waar men afhankelijk was van hout, steenkool of olie, is er al langer gezocht naar efficiëntere oplossingen. Hierdoor komen veel innovaties op het gebied van warmtepompen uit het buitenland. Nu we in Nederland steeds meer zoeken naar duurzame alternatieven voor aardgas, wordt de warmtepomp ook hier steeds populairder.
Hoe haalt een warmtepomp energie uit lucht of water?
Het grote voordeel van een warmtepomp is het lage elektriciteitsverbruik. Het grootste deel van de energie die het apparaat levert, komt namelijk uit bronnen zoals lucht, water of de bodem. Maar hoe werkt dat precies? En waarom gebruikt de warmtepomp dan toch elektriciteit?
Het antwoord ligt in de compressorpomp binnen het apparaat. Deze pomp, die op elektriciteit werkt, is essentieel voor het proces. Door een koelmiddel in de warmtepomp samen te persen (compressie) en vervolgens weer te laten ontspannen, wordt warmte uit de lucht, het water of de bodem onttrokken.
Vergelijking met een koelkast
Dit proces is vergelijkbaar met hoe een koelkast werkt, maar met een tegenovergesteld doel. Bij een koelkast wordt warmte uit het interieur gehaald en via het zwarte rooster aan de achterkant afgevoerd. Een warmtepomp doet het omgekeerde: de warmte die wordt onttrokken aan de lucht of het water, wordt overgedragen aan het water in je verwarmingssysteem.
Efficiënt energiegebruik
Hier komt het bijzondere rendement van de warmtepomp om de hoek kijken: met slechts 1 kW aan elektriciteit kan de pomp maar liefst 4 kW aan warmte leveren. Dit komt omdat de warmte niet wordt "gecreëerd," maar wordt onttrokken aan de omgeving en verplaatst. Het apparaat benut dus slim de energie die al aanwezig is in lucht of water.
Lucht-water en water-water warmtepompen: wat is het verschil?
Een warmtepomp kan op verschillende manieren warmte uit de omgeving halen, afhankelijk van het type. Bij een lucht-water warmtepomp wordt de warmte onttrokken aan de buitenlucht, terwijl een water-water warmtepomp gebruikmaakt van warmte uit grondwater of de bodem.
Water-water warmtepompen
Deze systemen worden vaak geassocieerd met diepe geothermische boringen, soms tot wel 100 meter diep. Op die diepte heeft het grondwater een constante temperatuur van ongeveer 11 à 12 graden Celsius.
- Bij een open geothermisch systeem wordt het grondwater direct opgepompt, maar dit stuit vaak op bezwaren van waterschappen of natuurbeschermingsorganisaties. Schoon grondwater is namelijk een waardevolle natuurlijke hulpbron die we willen beschermen.
- Een gesloten systeem daarentegen gebruikt gesloten leidingen die de warmte uit het grondwater opnemen zonder het water zelf te verplaatsen.
Hoewel het rendement van een water-water warmtepomp hoog is, vraagt deze optie om vergunningen en een grote installatie. Dit maakt het vooral geschikt voor grotere projecten, zoals meerdere woningen of bedrijfsgebouwen. Een bijkomend voordeel is dat de grond kan dienen als opslagplaats voor warmte. In de zomer wordt overtollige warmte opgeslagen, die in de winter weer kan worden gebruikt. Bovendien biedt het systeem zomerse koeling, omdat de opgeslagen koelte wordt benut.
Lucht-water warmtepompen
Een lucht-water warmtepomp haalt warmte direct uit de buitenlucht met behulp van een grote radiator en ventilator, vergelijkbaar met een airco-unit. Dit systeem heeft doorgaans lagere installatiekosten en is daardoor een populaire keuze.
- Voordelen: lagere aanschafkosten en eenvoudige installatie.
- Nadelen: het apparaat produceert geluid (ongeveer 32 dB) en wordt daarom vaak op afstand van het huis geplaatst, bijvoorbeeld achter op een dak of in de tuin. Gelukkig worden nieuwere modellen steeds stiller.
Een belangrijk verschil met water-water systemen is dat een lucht-water warmtepomp geen warmte opslaat. Dit betekent dat er in de winter geen toegang is tot eerder opgeslagen warmte, wat bij geothermische systemen wel mogelijk is.
Er zijn allerlei systemen op de markt die de nadelen van beide oplossingen proberen op te lossen. Je kunt bijvoorbeeld een leidingnet ondiep in het grondwater leggen (3 meter diep) over een groot oppervlak. Of je slaat de warmte op in een groot ondergronds bassin met water. Er zijn inmiddels in Duitsland ook experimenten met ijs. Een grote kelder met water wordt door de warmtepomp in de zomer afgekoeld tot ijs. In de winter draait men het proces om en gebruikt men de extra energie die de transformatie van ijs naar water oplevert.
Warmtepompen en lage temperaturen: hoe werkt dat?
Een belangrijk kenmerk van alle warmtepompen is dat ze water leveren met een maximale temperatuur van ongeveer 40 graden Celsius. Dit is niet warm genoeg om traditionele radiatoren efficiënt te verwarmen. Daarom worden warmtepompen vaak gecombineerd met vloer- of wandverwarming. Deze systemen hebben een groot oppervlak, waardoor ze ook bij lagere temperaturen voldoende warmte kunnen afgeven.
Ervaringen met warmtepompen
Mijn ervaring met warmtepompen is positief, mits ze goed zijn ingeregeld en aangelegd. Een juiste installatie en afstelling zijn cruciaal voor een efficiënte werking. Het is belangrijk dat de warmtepomp draait op de juiste temperatuur en het juiste vermogen. Als bewoners deze instellingen zelf aanpassen, kan dat het systeem ontregelen en de prestaties verminderen.
Optimale werking in goed geïsoleerde huizen
Warmtepompen werken het beste in hoogwaardig geïsoleerde woningen die weinig warmte verliezen. In zulke huizen blijven de temperatuurfluctuaties klein, waardoor de warmtepomp consistent kan werken en het comfortniveau behouden blijft. Dit resulteert in een lage energierekening en de mogelijkheid om gasloos te leven.
Zonne-energie voor maximale duurzaamheid
Een warmtepomp komt helemaal tot zijn recht als je de benodigde elektriciteit zelf opwekt met zonnepanelen. Hiermee kun je niet alleen je energieverbruik minimaliseren, maar ook bijdragen aan een duurzame, gasvrije toekomst.
Als je dus een bestaande woning hebt met lage isolatiewaarden van gevels en dak, dan zul je daar dus eerst iets aan moeten doen. De warmtepomp kan niet even een graad erbij stoken in een kwartiertje, zoals een CV ketel dat wel kan. Als je dat gaat forceren staat de warmtepomp gewoon op elektra te verwarmen en kost het dus veel dure energie. Eerst isoleren dus, alle kieren en naden dicht maken en dan pas aan een warmtepomp denken, bijvoorbeeld geïntegreerd in een radiator (o.a. Climarad).
