Hoe werkt een “Warmtepomp” eigenlijk ?

Iedereen kent zowat het basisprincipe van een airconditioner in functie koelen. Het toestel dat binnen geplaatst is koelt (blaast koude lucht) het toestel dat buiten staat blaast de warme lucht uit. (en het kan ook omgedraaid)
 

Hoe gaat dit nu allemaal in zijn werk ?

We zullen beginnen bij de compressor die de hete gassen van ongeveer 80°C. onder druk naar de condensorbatterij (buitentoestel) pompt die door een ventilator en buitenlucht afgekoeld worden, waardoor het gas vloeibaar wordt. Dit gas zal onder hoge druk via koperen leidingen van buiten naar binnen gepompt worden. Dit gas onder hoge druk zal “afgeknepen” worden d.m.v. een zgn. expansieventiel. Hierdoor zal de druk sterk dalen en de vloeistof terug verdampen. Deze fase gebeurt in het binnentoestel en men krijgt het effect zoals vloeibare ether op uw hand doet, het product verdampt en ontrekt de warmte. Hierbij wordt in het binnetoestel deze gekoelde lucht via een ventilator in de ruimte gestuurd. Het gas dat op dit moment in het binnentoestel is zal terug aangezogen worden door de compressor die het gas onder hoge druk op zij beurt weer naar de condensorbatterij pomp. Hierdoor is de kring rond en kan terug aan de volgende cyclus beginnen. In verwarming (warmtepomp) zal d.m.v. een vierwegventiel het koelsysteem omgekeerd worden waardoor de hete gassen niet naar het buitentoestel maar naar het binnetoestel stromen. Heel dit systeem kan werken met buitentemperaturen tot –15°C., aangezien het kookpunt van het gebruikte gas op ongeveer - 30°C. ligt.

 
Hoe werkt een warmtepomp?

Er zijn veel verschillende soorten warmtepompen, maar de werking komt altijd op hetzelfde neer. In het voorbeeld op de volgende pagina wordt de buitenlucht als warmtebron en elektriciteit als aandrijfenergie gebruikt. De werking van een warmtepomp is onder te verdelen in drie stappen:

Stap 1: Onttrekking van warmte:
Een vloeistof met een kookpunt lager dan de omgevingstemperatuur dient als transportmiddel van de warmte. De vloeistof onttrekt warmte aan de buitenlucht en verdampt in de verdamper (1).

Stap 2: Compressie:
Een compressor (2) drukt vervolgens de verdampte vloeistof samen. Hierdoor stijgt de druk en de temperatuur van de damp. Dit is vergelijkbaar met het oppompen van een fietsband: door het pompen neemt de druk toe en wordt de onderkant van de pomp, waar de druk het hoogst is, behoorlijk heet.

Stap 3: Afgifte van warmte:
De warmte van de damp kan worden afgestaan aan bijvoorbeeld een batterij. In de condensor (3) wordt de warmte afgegeven aan het koudere lucht. De damp koelt af, zelfs zó ver dat deze weer condenseert tot vloeistof. De vloeistof stroomt naar de verdamper (1), waar het proces van voor af aan begint.
 

De koelkast als warmtepomp

In een koelkast gebeurt in wezen hetzelfde. De vloeistof onttrekt warmte aan de koelkast, waardoor de temperatuur binnenin daalt. De compressor laat de druk en de temperatuur van de vloeistof stijgen, en aan de achterkant wordt de warmte afgegeven aan de omgeving. Het geluid dat bij het aanslaan hoorbaar is, is de elektrische compressor.

Soorten, maten en markten

Het samenpersen van de vloeistof kan op verschillende manieren gebeuren: via een (mechanische) compressor en via een absorptieproces. De compressor kan met behulp van elektriciteit worden aangedreven. Dit is de elektrische warmtepomp. Bij gasgestookte warmtepompen kan de compressor direct door een gasmotor worden aangedreven of door een zogeheten absorptieproces (door middel van een brander/ generator-combinatie). Ook komen combinaties met warmtekrachtkoppeling voor. Industrieel zijn er nog andere varianten, zoals de mechanische en de thermische dampcompressie en een warmtetransformator. Warmtepompen kunnen ook voor koeling worden gebruikt, waardoor ze met een dubbelfunctie kunnen worden toegepast. De toepassingsgebieden voor warmtepompen zijn de woningbouw, de utiliteitsbouw en de glas- en tuinbouw.

Voor het samenpersen van de vloeistof is energie nodig, de aandrijfenergie. Hoe efficiënt dat gebeurt wordt uitgedrukt met de term Coefficient of Performance: COP.

De COP geeft de verhouding aan tussen de aandrijfenergie en de verkregen bruikbare warmte. Omgevings- en afvalwarmte zijn gratis en in zeer grote hoeveelheden beschikbaar en worden daarom ook niet meegenomen bij het bepalen van de COP. De COP is dus altijd groter dan 1; het rendement is altijd meer dan 100 procent.
Zijn er 25 eenheden aandrijfenergie nodig voor 100 eenheden bruikbare warmte, dan is de COP 4.
Hoe hoger de COP, des te beter is de energieprestatie van de warmtepomp. De COP neemt af wanneer een hogere temperatuur voor de warmtevraag nodig is. Daarom wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van lage-temperatuurafgiftesystemen, zoals vloer- en wandverwarming.
 

Waarom warmtepompen?

Beschikbaarheid van aardgas of warmte vinden we vanzelfsprekend. Maar we staan er meestal niet bij stil dat omzetting van aardgas in warmte gepaard gaat met schade aan ons leefmilieu. Bij de verbranding van fossiele brandstoffen komen schadelijke gassen vrij. Eén daarvan is het broeikasgas CO2 dat bij doorgroeiende uitstoot kan leiden tot klimaatsverandering van ons klimaat. Vrijkomende stikstofoxiden veroorzaken zure regen. Daarnaast zullen fossiele brandstoffen op lange termijn opraken.

De warmtepomp maakt gebruik van warmtebronnen die in eerste instantie niet direct bruikbaar zijn, zoals buitenlucht, oppervlaktewater, grondwater en afvalwarmte. Hierdoor wordt het gebruik van fossiele brandstoffen aanzienlijk beperkt. De warmtebronnen blijven altijd beschikbaar, in praktisch eindeloze hoeveelheden. Energie gaat immers nooit verloren. Belangrijk is ook dat de totale energievraag voor het grootste deel uit warmte bestaat.

Bovendien kunnen warmtepompen worden ingezet voor verwarming van zowel ruimten als (tap)water. Ook kunnen ze voor koeling en ontvochtiging worden toegepast.

Het eigenlijke aantal opgestelde warmtepompen is hoger. Dit komt doordat de dubbelfunctionele en omkeerbare warmtepompen uit de industrie niet onder de definitie van 'echte' warmtepompen vallen. De meeste warmtepompen worden toegepast in de woningbouw. Toepassingen in de industrie leveren echter de grootste besparingen aan fossiele brandstoffen op.