Zo werkt een warmtepomp

Iedereen praat over warmtepompen. De overheid als het gaat om subsidies voor duurzame verwarming. De banken in verband met extra voordelige hypotheken bij duurzame maatregelen in huis. Milieuorganisaties vanwege stoppen met Gronings aardgas en kiezen voor all-electric. Tijd om eens zoveel mogelijk informatie over een warmtepomp op een rij te zetten.

Een warmtepomp pompt warmte

De techniek van een warmtepomp is al behoorlijk oud. Daarom zitten er dus ook geen kinderziektes meer in. Een warmtepomp is dus een veilige, betrouwbare installatie met een bewezen staat van dienst. De belangrijkste eigenschap: een warmtepomp pompt warmte. En dat kan op een heleboel manieren. In de vorm van een koelkast bijvoorbeeld, die warmte uit de koelkast naar de kamer pompt. Dat wist je waarschijnlijk niet, maar een koelkast is echt een warmtepomp. Of denk eens aan een airco. Die pompt warmte van binnenhuis de buitenlucht in. Inderdaad: óók een warmtepomp! De warmtepomp waarover je iedereen hoort praten, is een warmtepomp in de vorm van een verwarming en warmwatervoorziening. De duurzame, gasloze opvolger van de cv-ketel dus. In de zomer werkt de warmtepomp als airconditioner, en houdt huis en bedrijven dus heerlijk koel. En wanneer je binnen juist warmte nodig hebt, haalt de warmtepomp dat uit de buitenlucht. Oók als het buiten koud is! Overigens: er zijn ook warmtepompen die kunnen verwarmen en koelen tegelijkertijd. Handig voor een hotel, als de sanitaire ruimtes comfortabel warm moeten zijn maar de hotelkamers koel.

Er zit ook warmte in koude lucht

Wat warm en koud is, is maar net hoe je er tegenaan kijkt. Water bevriest bijvoorbeeld in principe als de temperatuur onder nul daalt. Maar benzine bevriest pas ergens tussen de -30 tot -50°C. Wat voor bevriezen geldt, geldt ook voor warm worden. Sommige stoffen worden al warm bij temperaturen die wij koud noemen. Zo’n stof zit er ook in een warmtepomp. Die stof wordt een koudemiddel genoemd. Dus als er buiten -18°C is, dan maakt het koudemiddel in de warmtepomp het binnen nog steeds lekker warm. Bekijk onderstaande filmpje over de werking van een warmtepomp maar eens. Overigens: er zijn verschillende soorten koudemiddel. Absoluut verboden zijn chloorhoudende koudemiddelen. Deze CFK’s en HCFK’s hebben namen als R12 en R22. De koudemiddelen die diverse merken warmtepompen op dit moment gebruiken zijn zogenaamde HFK’s of f-gassen zoals R410a, R134, R407c en R404a. Omdat deze niet goed zijn als ze vrijkomen in het milieu, is in Europa afgesproken dat ze langzaam worden afgebouwd. De nieuwste generatie koudemiddelen zijn minder schadelijke varianten van HFK’s en f-gassen, zoals R32 of natuurlijke koudemiddelen zoals CO2.

COP of Coëfficient of Performance

Een warmtepomp is een apparaat. En ieder elektronisch apparaat heeft een brandstof nodig. Bij een warmtepomp is dat elektriciteit. Hoewel een warmtepomp dus energie maakt, verbruikt hij ook energie. Om te weten hoe de verhouding tussen verbruik en opbrengst is, kijk je naar de Coëfficient of Performance (COP) waarde. Die staat vermeld in de brochure of webpagina van elke warmtepomp.

Wat zegt een COP nu over het rendement van een warmtepomp?
Het begint met de vraag hoeveel elektriciteit je nodig hebt om een bepaalde binnentemperatuur te bereiken, zeg 20°C. Laten we eerst een elektrisch kacheltje, zo’n kleine bijverwarming, in het stopcontact steken. Dit kacheltje gebruikt elk uur 2 kW. Onthoud maar gewoon het cijfer 2. En stel dat dit kacheltje twee uur nodig heeft om de gewenste temperatuur te bereiken. Dan heeft hij dus 4 verbruikt: 2 kW x 2 uur. Een warmtepomp heeft alleen maar een beetje elektriciteit nodig om te kunnen draaien, de warmte haalt hij dankzij het koudemiddel uit de buitenlucht. De warmtepomp heeft slechts 1 kW elektriciteit uit het stopcontact nodig om op dezelfde temperatuur te komen. Hij is dus 4 keer zuiniger. De COP is dan 4, oftewel: 1 kW erin geeft energie (warmte of kou) ter waarde van 4 kW. Dat zou je eens in het casino willen hebben: je stopt één euro in de fruitautomaat, en er komen elke keer vier euro’s uit! Tot slot: hoe hoger de COP, hoe zuiniger de warmtepomp is.

De onderdelen van een warmtepomp

De lucht-/water-warmtepomp bestaat uit verschillende onderdelen: een buiten- en een binnen-unit, een boiler, een buffervat, en een thermostaat.

De buiten-unit haalt warmte uit de buitenlucht en geeft deze door aan de binnen-unit in huis. De vloeistof die hiervoor wordt gebruikt, wordt ook warm van koude buitentemperaturen. Daarom levert de warmtepomp onder alle (winterse) omstandigheden een behaaglijke kamertemperatuur en voldoende warm tapwater. Heel plezierig: onze buiten-units zijn fluisterstil. Laten we eerlijk zijn: de ene persoon heeft ergens meer last van dan de andere. Dat geldt ook voor de buiten-unit van een warmtepomp. Die wordt vaak aan de gevel gehangen, op de grond of dak neergezet, of – heel bijzonder bij nieuwbouwwoningen – in een schoorsteen weggewerkt. Natuurlijk zoemt hij als hij werkt. Maar vraag je af wanneer de koudste temperaturen zijn, en de warmtepomp dus langdurig aan de slag moet. Dat is ’s avonds, ’s nachts, en in het najaar en winter. En dan zit er niemand buiten. De kans op overlast is dus eigenlijk klein.
De binnen-unit gebruikt de warmte om water voor verwarming en water voor de kraan op de juiste temperatuur te brengen. Afhankelijk van de geplaatste installatie kun je de binnen-unit omschakelen van warme lucht naar koele lucht.
In de boiler wordt warm tapwater opgeslagen. Als de boiler in de binnen-unit zit, dan heb je de ruime hoeveelheid van 200 liter voor de keuken en de badkamer. Het kan ook zijn dat er bij je een losse (zonne)boiler is toegepast. De voorraad water hangt dan af van het gekozen type boiler.
Ook voor het verwarmingswater in radiatoren, vloerverwarming en/of convectors houdt de warmtepomp een voorraad achter de hand. Daarvoor is het buffervat. Zo ben je altijd verzekerd van een gelijkmatige verwarming.
Tot slot wil je je klimaatsysteem ook graag makkelijk en nauwkeurig regelen. Dat kan met de uitgebreide bedrade thermostaat en een eenvoudige app. Mogelijk zijn in je woning aanvullende of vervangende (na)regelingen opgenomen; je installateur kan je hierover nader informeren.

Lucht-/water-warmtepompen

Verreweg de meest gebruikte warmtepomp is de lucht-/water-warmtepomp. Die hebben we hierboven ook uitgebreid beschreven. De warmtepomp haalt dan de energie uit de lucht, en geeft dat af aan water. Dat water gaat vervolgens naar de radiatoren of vloerverwarming, en naar de douche en andere kranen voor warm water. Er bestaat ook een lucht-/lucht-warmtepomp. Het koudemiddel geeft dan niet zijn warmte af aan water, maar aan lucht dat door het huis wordt geblazen. Sommige mensen hebben dan last van een soort tocht. Maar belangrijker nog: op een lucht-/lucht-warmtepomp krijg je niet van de overheid die mooie hoge ISDE-subsidie voor particulieren en bedrijven.

Bodem-/water-warmtepomp

Daarnaast zijn er bodem-/water-warmtepompen, ook wel water-/water-warmtepompen genoemd. Hierbij wordt warm water diep vanuit de grond opgepompt, dat de warmte afgeeft aan het water in de warmtepomp. Het afgekoelde water gaat ergens anders diep de grond in, en wordt ’s zomers gebruikt om juist te koelen. Voor een water-/water-warmtepomp is een vergunning nodig, want er worden twee putten geslagen en een broninstallatie aangelegd. Daarvoor is een speciale boorwagen nodig. Dat is niet altijd technisch mogelijk en wettelijk toegestaan (vergunning nodig!).

Hybride warmtepomp

Eigenlijk klopt deze naam niet, want de warmtepomp zelf is gewoon all-electric. En komt dus volledig in aanmerking voor subsidie. Alleen bij extreem koud weer springt de bestaande cv-ketel bij. Een mooie oplossing in een bestaand huis of bedrijf waar de oude cv-ketel nog werkt, maar de overstap naar een duurzame verwarming gewenst of verplicht is. Ook een slimme keuze als je niet wil wachten tot de cv-ketel stuk gaat en er helemaal geen verwarming is. De warmtepomp installeer je dan alvast als nieuwe hoofdverwarming, en je houdt je cv-ketel ‘erbij’ zolang het goed gaat.

CO2-warmtepompen en chillers

Zoals gezegd zijn er ook warmtepompen met alternatieve koudemiddelen. Denk dan aan CO2 of water. Deze worden vaak ingezet voor zeer specifieke toepassingen. Een CO2-warmtepomp is bijvoorbeeld in staat om heel grote volumes aan warm water te produceren. Dat is interessant in bepaalde commerciële of industriële toepassingen, zoals sportaccommodaties, zwembad of reinigingsprocessen. Chillers zijn met hun water bij uitstek geschikt om juist de temperatuur laag te houden, en zijn daarmee ideaal als datacenterkoeling.