Wat , waarom en hoe ?

Warmte stroomt altijd van een hoger (warmer) naar een lager (kouder) niveau. Een natuurwet die we dagdagelijks ervaren: bij koude gevoel stroomt onze lichaamswarmte naar de omgeving of naar een voorwerp dat men aanraakt. Met een warmtepomp wordt eigenlijk de natuurlijke warmtestroom omgekeerd: warmte-energie wordt gedwongen van een lager naar een hoger niveau verplaatst. Zoals een gewone pomp water van een laag naar een hoog niveau kan pompen, zo verplaatst een warmtepomp warmte van een laag naar een hoog temperatuurniveau.

Is een warmtepomp voor u totaal onbekend ?
Wel nee : we hebben eigenlijk al een warmtepomp in huis : de koelkast. Deze ontrekt warmte uit de lucht van de koelruimte (lage temperatuur) en geeft deze af aan de omgevingslucht (hogere temperatuur). De voedingswaren in je koelkast geven hun warmte af aan het koelmiddel doordat warmte altijd vanzelf van een hoog naar een laag niveau stroomt. De warmte die je voedingswaren hebben afgegeven verlaat de koelkast via een condensor aan de achterkant van je koelkast. Daarom voelt de achterzijde van een koelkast ook warm aan.

Hoe werkt een warmtepomp?

Alle soorten warmtepompen nemen bij lage temperatuur warmte op die bij hoge temperatuur weer wordt afgegeven. Volgens de wetten van de thermodynamica gaat dit niet vanzelf, er moet hiervoor arbeid geleverd worden. De meeste warmtepompen werken door een vloeistof (warmtedragend medium of koelmedium) bij lage temperatuur te laten verdampen en de damp bij hoge temperatuur te laten condenseren. Voor de verdamping wordt het kookpunt (overgang vloeistof in dampvorm) verlaagd en het dauwpunt (overgang dampvorm naar vloeistof) voor de condensatie verhoogd. Het kookpunt kan worden verhoogd door de druk te verhogen met een compressor, aan de andere kant kan het dauwpunt weer worden verlaagd door de druk te laten dalen via een expansieventiel (smoorventiel)

De opeenvolgende fazen van verdampen, samendrukken, condenseren en ontspannen vormen een gesloten kringloop voor het gebruikte warmtedragend medium (koelmiddel).
Er gaat geen koelvloeistof verloren, noch verbruikt voor het proces.
Dit geldt niet voor de toegevoerde arbeid en de ontnomen warmte aan het systeem. Arbeid wordt toegevoerd in de compressor en hiermee wordt er warmte verplaatst van de verdamper naar de condensor, warmte die op zijn beurt wordt afgegeven aan het op te warmen medium.

Werkingsprincipe: in vier trappen warmte verplaatsen !

werkingsschema warmtepompTRAP 1: een koelmiddel transporteert de warmte

In de gesloten kringloop van de warmtepomp zorgt het koelmiddel voor de overdracht en transport van de warmte.
Echter : waar vindt de nodige overdracht van de warmte (omgevingswarmte) in de warmtepomp plaats ?
Het antwoord is duidelijk: in de verdamper!

TRAP 2: het koelmiddel verdampt in de verdamper

Het vloeibare koelmiddel heeft als specifieke eigenschap dat het bij hele lage temperaturenverdampt en de daarbij opgenomen energie opslaat.
In de verdamper is het koelmiddel niet meer vloeibaar, maar gasvormig.
Wat gebeurt er verder met dit koelmiddel in damp vorm?

TRAP 3: het koelmiddel in damp vorm wordt samengedrukt

In deze fase wordt het volume van het koelmiddel in de nageschakelde compressor samengedrukt. Bij deze compressie worden de druk en temperatuur van het koelmiddel verhoogd. Onder druk stroomt het hete koelmiddel naar de condensor. Dat is eigenlijk een warmtewisselaar, waarin de gewonnen omgevingswarmte aan het verwarmingssysteem wordt afgegeven.

TRAP 4: het koelmiddel koelt af en neemt vervolgens opnieuw warmte op

Door afkoeling wordt het koelmiddel weer vloeibaar en een expansieventiel zorgt voor de nodige druk- en temperatuurverlaging. Het koelmiddel in vloeibare toestand en lage temperatuur stroomt terug naar de verdamper om weer nieuwe warmte uit de omgeving op te nemen. Hiermee is de kringloop gesloten en de cyclus start opnieuw.

Natuurlijke energiebronnen voor de warmtepomp

De warmtepomp is een verwarmingssysteem dat energie aan de natuur onttrekt.
Als natuurlijke energiebronnen komen de aarde, lucht of grondwater in aanmerking.
Naargelang de gebruikte energiebron spreekt men van: grond/water-, lucht/water- en water/water-warmtepompen.
Essentieel bij de keuze van de warmtebron is zijn beschikbaarheid, gemiddelde temperatuur en minimumtemperatuur. Voorts moet men ook rekening houden met de warmte- en koude behoefte van het te verwarmen gebouw. De keuze voor de meest geschikte bron is afhankelijk van het totaalconcept. De kostprijs voor het beschikbaar stellen van de warmtebron is uiteraard een belangrijke factor bij de kosten/batenanalyse.

Winstfactor of COP

Het enige onderdeel van een warmtepomp dat energie verbruikt is de compressor. De verbruikte elektrische energie wordt via de compressor als warmte-energie aan de koelvloeistof toegevoegd en is bepalend voor de winstfactor van de warmtepomp. De winstfactor wordt berekend door de geleverde nuttige energie van de warmtepomp te delen door de verbruikte elektrische energie van de compressor. Het aldus verkregen getal is de winstfactor of COP (Coëfficiënt of Performance)

COP-waarde of winstfactor geeft de verhouding weer tussen de hoeveelheid afgegeven warmte tegenover de hoeveelheid verbruikte energie door de warmtepomp. Hoe hoger de brontemperatuur en hoe lager de afgiftetemperatuur, des te minder energie door de compressor verbruikt wordt en hoe hoger de COP-waarde. Deze waarden wordt onder specifieke omstandigheden op proefstanden gemeten. Op basis van deze proefwaarden is een vergelijking van de verschillende warmtepompen mogelijk. Hoe hoger de COP-waarde des te hoger het rendement van de warmtepomp.

Zo kan een goede warmtepomp voor elke kWh elektriciteit die de compressor verbruikt tussen 3 en 6 kWh nuttige warmte opleveren. De winstfactor of COP bedraagt dan 3 à 6. Warmtepompen kunnen met 1 eenheid elektrische energie 3 à 6 eenheden warmte produceren.
Ter vergelijking: een elektrische verwarmingsweerstand zal voor elke kWh elektriciteit die hij verbruikt slechts 1 kWh nuttige warmte opleveren. Dit komt overeen met een COP gelijk aan 1.

Maar de COP zegt niet alles. Je moet rekening houden met het verbruik van je pomp als je met grondwater werkt. Je moet zien hoe je systeem zich gedraagt in de realiteit, tot welke temperatuur het medium moet gebracht worden, hoe schommelt de brontemperatuur tijdens over het stookperiode…
De werkingsomstandigheden op de proefstand zijn in de praktijk uiteraard niet altijd aanwezig.
Naast de winstfactor is het jaarrendement relevant. Het jaarrendement van de warmtepomp geeft de totaal geproduceerde warmte in één jaar weer met betrekking tot het elektrisch jaarverbruik van de warmtepomp.

Warmteafgifte

Een verwarmingssysteem op lage temperatuur is een voorwaarde voor de toepassing van een warmtepomp.
De wateraanvoertemperatuur is bij voorkeur zelfs niet hoger dan 50°C en de waterretourtemperatuur maximum 35°C.
Om een woning te verwarmen met een verwarmingssysteem op lage temperatuur met water als tussenmedium - is een warmteafgiftesysteem nodig met een groot warmte afgevend oppervlak zoals: vloerverarming, muurverwarming, plafondverwarming, over gedimensioneerde radiatoren of elk ander gelijkwaardig alternatief.

Specifieke toepassing : Split-warmtepomp

In de uitvoering "split" is de warmtepomp in twee delen opgesplitst: een buiteneenheid die warmte uit de buitenlucht haalt en naar het gebouw pompt, en een binneneenheid (wandhangend) voor de warmteverdeling en de bereiding van sanitair warm water. Split-warmtepompen zijn een prijsvoordelige en montagevriendelijke oplossing voor gebouwen met een warmtebehoefte gaande tot 15 kW.

Koelfunctie mogelijk :
De split-warmtepomp kan bij warme buitentemperaturen eenvoudig voor de actieve koeling van het gebouw gebruikt worden

Voor nieuwbouw of modernisering:
Split-warmtepompen kunnen ook als hybride-oplossing toegepast worden. Daarbij kan de aanwezige verwarmingsketel bijvoorbeeld behouden worden om de vermogenspieken te dekken terwijl in deellastbereik uitsluitend de zuinige warmtepomp in werking treedt.

 

Een warmtepomp als hernieuwbare energiebron : uw toekomstgerichte oplossing voor nieuwbouw en renovatie !

 

GVK nv, Schaliënhoevedreef 1A, 2800 Mechelen, Tel 015.20.65.65, Fax 015.29.11.11