Overzicht alle soorten warmtepompen

De voorkeur voor een warmtepomp in plaats van een gasketel komt niet uit de lucht vallen. Al jaren is bekend dat het verbranden van fossiele bronnen moet worden uitgefaseerd. De Russische inval in Oekraïne en het afknijpen of stoppen van de levering van Russisch gas aan diverse Europese landen heeft duidelijk gemaakt dat we snel op zoek moeten naar alternatieven, zeker nu de gaswinning in Groningen tot een minimum wordt beperkt om de kans op aardbevingen te voorkomen. De hoge gasprijzen komen daar nog bovenop en zal het zoeken naar alternatieven waarschijnlijk versnellen. De uitdaging is groot, want huishoudens en de industrie gebruiken samen ruim 40 miljard kubieke meter aardgas.

Er zijn - los van warmtenetten - diverse alternatieven, zoals een elektrische cv-ketel, infraroodverwarming en elektrische vloerverwarming. Een nadeel van deze verwarmingssystemen is dat ze gebaseerd zijn op elektrische weerstand. Dit betekent dat ze relatief veel stroom verbruiken, dus per verbruikte kWh minder warmte produceren dan een warmtepomp. Als de warmtevraag beperkt is, kunnen ze interessant zijn, mede omdat de aanschafprijs veel lager ligt. Volgens Puk van Meegeren, energie-expert bij voorlichtingsorganisatie Milieu Centraal, zijn dergelijke oplossingen minder geschikt voor de verwarming van een woning dan een warmtepomp, zo zegt hij tegenover Tweakers. "Infraroodpanelen kunnen voor het milieu een goede keuze zijn als bijverwarming in de woonkamer en in ruimtes die je weinig gebruikt. Als hoofdverwarming zijn infraroodpanelen minder geschikt, omdat ze in vergelijking met warmtepompen meer energie gebruiken."

"We gebruiken in Nederland veel energie" vervolgt Puk. "Voor het verduurzamen van de energievoorziening moeten we meer duurzame energie opwekken, maar zeker ook minder gaan gebruiken. Warmtepompen zijn energiezuinig, ze maken van 1 kWh stroom 3 tot 5 kWh warmte. Bij een elektrische cv-ketel of elektrische vloerverwarming is dat 1-op-1. Ze verbruiken dus in verhouding veel meer energie. Dat is niet gunstig voor de verduurzaming, maar ook niet voor de eigen portemonnee."

Extreem hoog rendement

Het grote voordeel van een warmtepomp is dat hij enorm energie-efficiënt is. Een all-electric warmtepomp is bijvoorbeeld in staat om met 1kW elektriciteit 5kW warmte op te wekken. Dat is een rendement van 500 procent, dat ongekend is in de verwarmingssector. Ter referentie: een moderne cv-ketel heeft een rendement van circa 90 procent doordat tijdens de gasverbranding sprake is van verschillende verliezen, van warmtedamp tot rookgassen. Bij een hr-ketel wordt de warmtedamp gecondenseerd en de warmte die daardoor vrijkomt weer opgevangen, maar het rendement kan nooit 100 procent of hoger zijn. Een lucht-waterwarmtepomp heeft een gemiddeld rendement van 300 tot 400 procent.

Het rendement van een warmtepomp wordt meestal aangeduid als cop, dat staat voor coefficient of performance. In ons voorbeeld wordt dan gesproken van een cop van 5. De waarde varieert per model, maar wordt altijd in de specificaties aangegeven. Het rekenmodel achter de cop houdt rekening met de temperatuur van de buitenlucht en het cv-water. Een gangbare methode is om te rekenen met een gemiddelde brontemperatuur van 7 graden Celsius en de afgifte van water met een temperatuur van 35 graden. Hoe hoger de cop-waarde, hoe zuiniger de warmtepomp werkt. De cop-waarde alleen zegt echter niet alles. Voor een volledig beeld kan het beste worden gekeken naar de geïntegreerde waarde, het verbruik in deellast en de prestaties in alle seizoenen.

Een betere aanduiding is de scop in plaats van de cop. De 's' staat daarbij voor 'Seasonal', wat inhoudt dat het rendement over het hele jaar is berekend in plaats van op basis van een gemiddelde temperatuur van zeven graden. De bron waar de warmte uit wordt gehaald, heeft invloed op het rendement en dat geldt ook voor de gewenste temperatuur die moet worden geproduceerd. In de winter liggen die temperaturen verder uit elkaar dan tijdens de herfst of lente. Bij de scop wordt het rendement over het hele jaar berekend, waarbij rekening wordt gehouden met de seizoensinvloeden. De scop komt daardoor meestal hoger uit dan de cop. Een scop van 5,2 is gemiddeld voor een bodemwarmtepomp.

Hoe werkt een warmtepomp?

Een warmtepomp onttrekt warmte uit een bepaalde bron. Meestal betreft dat de buitenlucht of water in een ondergrondse buis (bodemwarmte). Maar het kan ook gaan om oppervlaktewater, afvalwater of restwarmte uit de industrie. De gebruikte bron heeft een bepaalde temperatuur die als startpunt wordt gebruikt om warmte aan te onttrekken en weer af te geven.

De meeste warmtepompen werken door een vloeistof bij lage temperatuur te laten verdampen en de damp bij hoge temperatuur te laten condenseren. In het eerste geval moet het kookpunt worden verlaagd en in het tweede geval worden verhoogd. Het verhogen van het kookpunt is mogelijk door de druk te verhogen met een compressor (pomp). Aan de andere kant kan het kookpunt weer worden verlaagd door de druk te laten zakken in een turbine of smoorventiel.

Het geheel van verdampen, comprimeren, condenseren en expanderen vormt een gesloten kringloop voor het rondstromende koudemiddel - de thermodynamische cyclus. Met behulp van elektriciteit wordt er extra warmte toegevoegd via de compressor en vervolgens verplaatst van de verdamper naar de condensor.

Koeling

Het bovenstaande lijkt erg op de werking van een airconditioner. En dat klopt, want dat is in feite ook een warmtepomp, maar dan om te koelen. Een warmtepomp voor verwarming is eigenlijk een omgekeerde airco. Er wordt een vloeibaar koudemiddel met een laag kookpunt gebruikt, zoals R-410a of R-32. Het koudemiddel verdampt in de verdamper en condenseert weer tot vloeistof in de condensor. De warmte wordt hierbij netto van de verdamper naar de condensor vervoerd, tegen de bestaande temperatuurgradiënt in. De meeste warmtepompen voor verwarming kunnen ook gebruikt worden voor koeling.