Warmtepomptechniek


Hoe werkt een warmtepomp?

Een warmtepomp produceert geen warmte maar transporteert warmte van een laag (bron) naar een hoger temperatuurniveau (afgifte). Dit gaat niet vanzelf, er is energie of arbeid voor nodig welke wordt geleverd door het elektrisch net. Voor het warmtetransport is ook een koelmiddel nodig.

Bronwarmte op lage temperatuur is gratis of tegen lage kostprijs ter beschikking uit de omgeving zoals buitenlucht, water, bodem, maar ook  afvalwarmte uit (industriële) processen komt in aanmerking.

De afgegeven warmte op hogere temperatuur kan dienen voor verwarming en warmwaterproductie in gebouwen,  maar ook  voor talrijke  industriële toepassingen.

Een warmtepomp is opgebouwd uit volgende 4 basiscomponenten die samen een koeltechnische cyclus vormen:

De verdamper is een warmtewisselaar waarin het koelmiddel verdampt bij lage druk. Daarvoor is warmte nodig die vanuit de bron wordt onttrokken.

De compressor zuigt het verdampte koelmiddel aan en perst dit bij elkaar. Daardoor verhogen druk en temperatuur. De energie of arbeid die daarvoor nodig is wordt geleverd door de elektrische motor in de compressor.

In de condensor geven de hete koelgassen hun warmte weer af en wordt het koelmiddel weer vloeibaar. De warmtewisselaar geeft de warmte af aan het afgiftesysteem.

Een expansieventiel zorgt ervoor dat het drukverschil tussen de condensor en verdamper kan worden behouden.

Om economisch maar ook milieutechnisch een interessante warmtepomptoepassing  te hebben moet de verhouding tussen de afgegeven warmte (nuttige warmte) tot de energie die de opneemt (wat ook moet worden betaald) zo groot mogelijk zijn. Deze rendementsverhouding wordt de COP of Coefficient Of Performance genoemd. Voor elektrische warmtepompen zijn COP’s van 3 tot 6 mogelijk naar gelang het type warmtepomp, toepassing en werkingspunt.

Wanneer de compressor kan werken op elektriciteit opgewekt door zonnepanelen (PV) dan levert dit een erg duurzame installatie op. Linea Trovata Warmtetechniek spreekt dan ook steeds van een warmtepompconcept: warmtepomp en zonnepanelen samen als een efficiënte tandem!

Hoe zorg ik voor een zo hoog mogelijk rendement of COP?

Volgende randvoorwaarden zorgen voor een hoge COP:

De bron levert warmte op een zo hoog mogelijke temperatuur. Om deze reden heeft een lucht/water warmtepomp als het vriest bij mogelijks -5°C een lagere COP als een bodem/water warmtepomp die op dat moment warmte levert op 5°C.

De afgifte gebeurt op een zo laag mogelijke temperatuur. Verwarmen met vloerverwarming aan 20-30°C levert een efficiëntere installatie op dan met radiatoren op 50°C. De maximale aanvoertemperatuur voor van warmtepompen voor gebouwverwarming ligt rond 65°C.

Welke types warmtepomp bestaan er?

Warmtepompen worden opgedeeld volgens de bron waar de warmte wordt aan onttrokken en volgens het medium waar de warmte wordt aan afgegeven:

Bodem/water warmtepompen onttrekken warmte uit de grond en geven hun warmte af aan het water in de verwarmingsinstallatie. Deze warmtepompen worden ook geothermische warmtepompen genoemd.

Lucht/water warmtepompen onttrekken de warmte uit de buitenlucht of ventilatielucht en dragen deze ook over aan het verwarmingswater.

Lucht/lucht warmtepompen nemen de warmte ook op uit de buitenlucht en geven ze ook af via de lucht in de te verwarmen ruimte. Deze toestellen zijn ook de aircotoestellen.

Kunnen warmtepompen ook koelen?

Warmtepompen en koelmachines zijn dezelfde toestellen. Het hangt er maar vanaf van wat als nuttig wordt beschouwd: de geleverde warmte of koude. Dit betekent dat de meeste warmtepompen ook voor koeling kunnen worden ingezet.

Bij residentiële warmtepompen wordt een onderscheid gemaakt tussen actieve en passieve of natuurlijke koeling:

Bij actieve koeling wordt de koeltechnische cyclus omgedraaid en moet de compressor draaien om ook koude te kunnen leveren. Deze werking zien we bij alle lucht/water of lucht/lucht warmtepompen. Er wordt lucht of ijswater aangemaakt waarmee mits de juiste afgiftetoestellen zijn voorzien kan worden gekoeld naar een ingestelde lagere temperatuur op de thermostaat.

Passieve koeling is enkel bij bodem/water warmtepompen mogelijk in combinatie met een bodemwarmtewisselaar waarbij via een platenwarmtewisselaar rechtsreeks warmte wordt gewisseld tussen de bron en de afgifte. Hiermee is een comfortabele topkoeling mogelijk in een gebouw zonder dat de compressor moet draaien en ook energie verbruikt. Gemiddeld kan de ruimtetemperatuur hiermee 3 tot 5°C worden verlaagd. Passieve koeling is mogelijk in combinatie met oppervlakteverwarmingssystemen zoals vloerverwarming en wandverwarming.

Wat zijn interessante warmtepomptoepassingen?

Warmtepompen worden omwille van hun efficiëntie in gebouwen maar ook in industriële toepassingen ingezet.

Gebouwverwarming en koeling met warmtepompen zal de komende jaren meer en meer de standaard worden:

Nieuwbouw is door de sterk doorgedreven isolatie, slimme ventilatiesystem en dikwijls vloerverwarming het eenvoudigste toepassingsgebied. De mogelijkheid om te koelen is in deze gebouwen met een groter oververhittingsrisico een grote troef voor de warmtepomp.

Een markt met groot potentieel is de renovatie. Tijdens een renovatie kunnen door bijkomend isoleren, plaatsen van betere beglazing, luchtdichter maken van de gebouwschil en eventueel efficiënter maken van de ventilatie, de warmteverliezen worden gereduceerd waardoor de bestaande afgiftetoestellen voldoende capaciteit hebben om op lagere temperatuur met een warmtepomp toch de woning te kunnen gaan verwarmen. Lukt dat niet dan kan door het vervangen van enkele toestellen door lage temperatuur radiatoren of convectoren, of het voorzien van een stuk wand- of vloerverwarming, nagenoeg steeds een rendabele warmtepompinstallatie worden gerealiseerd en het nodige comfort worden geleverd.

Sanitair warmwater kan via een boiler-warmtepomp combinatie of een warmtepompboiler worden verwarmd tot 50-60°C. Omwille van het rendement wordt deze temperatuur beter niet te hoog ingesteld en wordt best gekozen voor een boiler met een groter volume.

Zwembaden worden efficiënt verwarmd met een zwembadwarmtepomp. Tijdens de zomer is het temperatuurverschil tussen lucht en zwembadwater klein en dus ideaal voor een warmtepomp.

Warmtepompen worden vaak in industriële projecten ingezet voor zowel lage als hoge temperatuurtoepassingen, dit laatste met specifiek ontwikkelde warmtepomptypes. Gezien dergelijke installaties een hoog aantal draaiuren kennen zijn zij veelal bijzonder rendabel.