Warmtepomp voor verwarming

Voor het verwarmen van een ruimte kan gebruik gemaakt worden van warmte uit de buitenlucht, (grond- of oppervlakte) water of de grond. Om deze warmte om te zetten in bruikbare warmte wordt gebruik gemaakt van een warmtepomp. Deze werkt ruwweg op dezelfde manier als een koelkast.

Bij een koelkast wordt warmte van binnen uit de koelkast verplaatst naar buiten de koelkast. Hierdoor wordt de ruimte buiten de koelkast verwarmt en koelt de binnenkant van de koelkast af.

Voor het verplaatsen van de warmte is een pomp en compressor nodig die op elektriciteit werken. Er moet dus altijd een hoeveelheid energie in het systeem gestopt worden om de warmte te verplaatsen. De hoeveelheid nuttige warmte die verplaatst wordt zal groter zijn dan de energie die in het systeem gestopt wordt. Het rendement is hoger dan 100%.

Het rendement van een warmtepomp wordt uitgedrukt in Coëfficiënt of Performance (COP). Dit is de verhouding tussen de hoeveelheid energie die het systeem oplevert in verhouding tot hoeveel energie er in gestopt wordt. De COP ligt normaal gesproken tussen 4 en 5 (er wordt 4 tot 5 maal zoveel energie opgeleverd als dat het kost om het systeem te laten functioneren).

Vaak wordt een warmtepomp gebruikt in combinatie met een backup warmtebron zoals elektrische verwarmingselementen of een CV-ketel. Dit omdat een warmtepomp bij zeer lage temperaturen te weinig capaciteit kan hebben om de ruimte op te warmen. Ook zal het opwarmen met een warmtepomp vaak meer tijd kosten dan  bij een normale CV-ketel. De CV-ketel kan dan het huis op temperatuur brengen waarna de warmtepomp de temperatuur op peil houdt.

Werking van een warmtepomp

Warmtepompen verplaatsen warmte van een punt naar een ander punt. De meeste warmtepompen werken met een koudemiddel (koelvloeistof) met een laag verdampingspunt wat door een gesloten systeem circuleert. Onder normale omstandigheden verkeerd dit koelmiddel in dampvorm; de temperatuur ligt dan boven het kookpunt.

Een warmtepomp systeem heeft 2 kanten;

  • een koude kant, dat is de kant waar de warmte uit onttrokken wordt.
  • een warme kant, dat is de kant waar de warmte weer wordt afgestaan.

De warmtepomp gebruikt een compressor om, aan de kant waar de warmte moet worden afgestaan, de druk van het koelmiddel te verhogen. Door de druk te verhogen wordt het kookpunt verhoogd en loopt de temperatuur van het verdampte koelmiddel op tot boven de temperatuur in de te verwarmen ruimte.
Vervolgens wordt het koelmiddel door een warmtewisselaar (condensor) geleid waarbij de temperatuur van de wanden van de warmtewisselaar lager is dan dat van het koelmiddel. Het koelmiddel geeft zijn warmte af aan de warmtewisselaar waarbij het koelmiddel afkoelt en weer vloeibaar wordt. Omdat door de hogere druk het kookpunt is verhoogd zal het koelmiddel op een hogere temperatuur al vloeibaar worden.
Het vloeibare koelmiddel wordt vervolgens naar de koude kant van het systeem gepompt waarbij de druk weer verlaagd wordt. Doordat de druk wordt verlaagd wordt het kookpunt lager en verdampt het koelmiddel. Het verdampen onttrekt warmte aan de koude kant en de damp wordt weer verder gepompt naar de warme kant waar het proces wordt herhaald.

De werking van een warmtepomp kan meestal ook worden omgedraaid waardoor een ruimte kan worden afgekoeld i.p.v. verwarmd en zo als airconditioning functioneren.

Lucht

Een warmtepomp die warmte onttrekt uit de buitenlucht is de meest eenvoudige en goedkoopste toepassing. Het rendement is echter ook laag en bij lage temperaturen zal het systeem al snel te weinig warmte opleveren.

Horizontale grond

Als er voldoende grondoppervlakte beschikbaar is dan kan daarin een buizennetwerk worden gelegd waardoor een koelmiddel wordt gepompt. De buizen worden tussen 70 en 150 cm diep onder de grond gelegd met een tussenruimte van ca. 2 meter. Het is wel belangrijk dat er geen beschadigingen kunnen optreden aan het buizennetwerk door bv. de wortels van bomen of struiken. De buizen worden gelegd in lussen met een totaal lengte van maximaal 100 meter.

De hoeveelheid energie die kan worden onttrokken aan de grond is afhankelijk van de samenstelling van de grond. Hoe vochtiger de grond hoe meer warmte per m2 kan worden onttrokken. Door het onttrekken van warmte neemt de temperatuur van de grond af. Deze warmte wordt langzaam weer aangevuld vanuit de omgeving (bv door zonnewarmte). Maar dit aanvullen gaat slechts zeer langzaam en zal zeker in een koude periode niet voldoende zijn om de onttrokken warmte te vervangen. De bodem zal dan ook uitgeput raken. In de loop van de koude periode (wanneer veel warmte wordt onttrokken) zal de hoeveelheid beschikbare warmte snel afnemen. Het is dan ook belangrijk om ruim voldoende grondoppervlakte te gebruiken. In de meeste gevallen is een grondoppervlakte van minimaal 3x de te verwarmen ruimte nodig. Bij een huis met een grondoppervlakte van 100m2 zal dan dus een beschikbare tuinoppervlakte van minimaal 300m2 nodig zijn.

Verticale grond

Als er geen ruimte is om een horizontaal systeem aan te leggen kan ook worden gekozen voor een verticaal systeem. Hiervoor worden gaten in de grond geboord van ca. 50 meter diep waardoor buizen lopen. De kosten van deze oplossing zijn een stuk hoger dan bij een horizontaal systeem. Voordeel is dat de temperatuur op grotere diepte hoger is waardoor het rendement hoger zal liggen dan bij een horizontaal systeem. Nadeel is dat het aanvullen van de onttrokken warmte langzamer zal verlopen dan bij een horizontaal systeem. De zomerperiode zal dan niet altijd voldoende zijn om de in de winter onttrokken warmte weer aan te vullen. Hierdoor zal het rendement van het systeem in de loop van de jaren dalen. Een oplossing daarvoor is om in de zomerperiode warm water door het systeem te laten stromen (bv. door het systeem als airco te laten werken).

Oppervlakte water

Als er de mogelijkheid is om oppervlakte water te als medium te gebruiken om warmte te onttrekken dan kan dat een goedkope oplossing zijn met een hoog rendement. Een paar honderd meter slang in het water gelegd waardoor het koelmiddel wordt gepompt zal meestal al voldoende zijn. Voordeel van deze oplossing is dat het water door stroming steeds zal worden vervangen en het medium dus niet zal worden uitgeput. Nadeel is dat de slangen snel beschadigd kunnen raken.

Grond water

Het grondwater kan ook als medium worden gebruikt. Hiervoor worden net als bij het verticale grond systeem gaten in de grond geboord. Maar i.p.v. een koelmiddel door een gesloten systeem van buizen te pompen wordt het grondwater zelf opgepompt. Nadat warmte is onttrokken aan het grondwater wordt dit weer terug gepompt. Doordat grondwater warmer is dan het koelmiddel in een gesloten systeem zal het rendement hoger liggen.
Het is echter niet toegestaan om grondwater terug te pompen. Verder is er veel energie nodig om het water op te pompen en is er meer onderhoud nodig. Hierdoor is het systeem alleen op grote schaal renderend.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *