Werking Lage Temperatuur Warmtepomp (tot 55⁰C)
Een warmtepomp onttrekt warmte van een bron en geeft deze warmte af aan de binnenlucht. Dit proces werkt middels een cyclus (zie schema van linksonder, met de klok mee) dat als volgt wordt omschreven:
- Een vorstvrije vloeistof stroomt door een buizensysteem dat blootgesteld wordt aan lucht, water of zon. De vloeistof in de buizen is kouder dan de omgevingstemperatuur, waardoor de vloeistof opwarmt (ook bij lage temperaturen).
- De gewonnen warmte wordt door een warmtewisselaar of verdamper opgenomen. In de verdamper zit een koelvloeistof met een kookpunt lager dan 0⁰C. Deze koelvloeistof absorbeert de warmte, gaat koken en gaat voor veel damp zorgen.
- Met behulp van een compressor wordt de druk van de damp verhoogd, waardoor de temperatuur en de warmte snel stijgen naar ongeveer 55⁰C.
- De hete damp geeft zijn warmte af aan de condensor en condenseert. De warme condensor geeft zijn warmte af aan het verwarmingssysteem, zoals een cv-systeem. De druk op de condensatie van het gebruikte koelvloeistof wordt door middel van een expansieventiel verlaagd. Hierdoor zakt de temperatuur van het koelvloeistof snel en kan de cyclus herhaald worden.
Bron schema: www.iqduurzaam.nl
Werking Hoge Temperatuur Warmtepompen (tot 70⁰C)
Je huis moet geschikt zijn voor lage temperatuur verwarming (LTV). Dit betekent dat de aanvoertemperatuur in de CV maximaal 50-55⁰C, maar het liefst 35⁰C of lager is. Bij hogere aanvoertemperaturen dan 45⁰C schiet het elektriciteits gebruik van de warmtepomp omhoog en het rendement (SCOP) omlaag.
Als alternatief kan voor een tweetraps warmtepomp gekozen worden die hogere temperaturen kan behalen. In de eerste trap (of cyclus) gebruikt men een koudemiddel dat de bron van 5⁰C naar bijvoorbeeld 35⁰C brengt. In de tweede trap (of cyclus) verhoogt men de temperatuur, met behulp van een 2e compressor en ander type koudemiddel, van 35⁰C naar 70⁰C. Dit proces is haalbaar met een COP van 2,7.
Ook via een een-trap systeem zijn hogere temperaturen haalbaar. Er wordt een ander type koudemiddel gebruikt dan bij een LT-warmtepomp, en het rendement is lager.
Soorten warmtepompen, soorten bronnen
Warmtepompen zijn in te delen naar bronnen van warmte zoals lucht, water of zon. De werking van al deze warmtepompen berust op dezelfde natuurkundige principes die hierboven beschreven staan. De manier waarop de warmte wordt onttrokken of afgegeven verschilt per pomp. Bijna alle warmtepompen kunnen ook gebruikt worden om warm tapwater te genereren en kunnen zowel verwarmen als koelen. De verschillende soorten warmtepompen staan beschreven in de pagina warmte opwekken.
Begrippenlijst
Vermogen
Een juiste dimensionering van de warmtepomp aan de hand van het warmteverlies is erg belangrijk. Met een te klein vermogen zal, als de buitentemperatuur langdurig onder 0⁰C blijft, de temperatuur in huis onder de 20⁰C zakken. Met een te groot vermogen kan de warmtepomp zijn warmte niet kwijt en gaat hij pendelen (veel start/stoppen), wat de levensduur verkort. Als de warmtepomp niet gaat pendelen, kan het vermogen toch te groot zijn. Door een te groot vermogen wordt de aanvoertemperatuur in de cv hoger, waardoor het rendement terugloopt en het elektriciteitsgebruik oploopt.
Het is aan te bevelen om het vermogen van de warmtepomp klein te houden, maar het vermogen van de bron juist te over dimensioneren. Van een te kleine bron zal de temperatuur elk jaar lager worden waardoor de pomp minder efficiënt wordt en het stroomverbruik van de warmtepomp toeneemt. Ook vang je met een grotere bron onvoorziene warmtevraag in extreme/ uitzonderlijke gevallen op. Een bijkomend voordeel van een grotere bron is dat de koeling beter werkt.
Combisysteem
Warmtepompen met een laag vermogen zijn vaak ook te koop als combisysteem; verwarming, koeling en warm tapwater in één warmtepomp. Dit is goedkoper en scheelt ruimte t.o.v. een losse boiler. Combisystemen zijn er alleen voor de lagere vermogens, boven de 10kW (voor een groot huis) wordt de boiler los langs de warmtepomp geplaatst.
Warm tapwater
Voor de productie van warm tapwater met een warmtepomp is vanwege het lage vermogen van de warmtepomp altijd een boiler met flinke inhoud nodig. Omdat het rendement van de warmtepomp bij warm tapwater slechter is dan bij verwarming kan het verstandig zijn een separaat systeem voor het warme tapwater te kiezen, zoals een Hr-ketel of doorstromer.
Stook regime
Met een warmtepomp is het gebruikelijk de temperatuur in huis dag en nacht constant te houden. Dit komt door het lage vermogen van een warmtepomp. Als de temperatuur s ’avonds zakt, zal het uren duren voordat deze s ’ochtends weer op peil is. Als de buitentemperatuur zakt, moet de warmtepomp alvast in het vooruit gaan verwarmen, mede omdat de vloerverwarming voor extra vertraging zorgt. Temperatuurregeling met buitenvoeler en stooklijn (weersafhankelijke regeling) is daarom voor een warmtepomp veel geschikter dan temperatuur regeling met een binnen thermostaat.
COP (Coëfficiënt of Performance)
De warmte die een warmtepomp produceert komt voor een deel uit elektriciteit en voor een (veel groter) deel uit de bron. De verhouding tussen elektriciteit en totaal afgegeven warmte staat bekend als COP. Met een hogere COP krijg je dus meer warmte voor dezelfde hoeveelheid elektriciteit. Met een COP van 5 produceert een warmtepomp met 1kWh elektriciteit 5kWh warmte. De COP is niet constant maar hangt af van de aanvoertemperaturen van bron en centrale verwarming. Hoe kleiner het verschil tussen beide aanvoertemperaturen, hoe groter de COP.
SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) = SPF
Als je gedurende een jaar de COP meet en deze omzet naar het gemiddelde krijg je het jaar rendement, ofwel het SCOP. COP is dus een moment opname, SCOP is het rendement over een jaar. Dit wordt ook wel uitgedrukt als SPF (Seasonal Performance Factor). Je kunt dit eventueel, na meting en monitoring, apart uitrekenen voor tapwater en voor verwarming.
Buitenunit
Warmtepompen met lucht als bron hebben een buitenunit. Deze buitenunit haalt de warmte uit de buitenlucht en staat in verbinding met een binnenunit.
Binnenunit
De binnenunit van een warmtepomp ontvangt de gewonnen warmte uit een bron, zoals lucht, water of de grond, en zet deze warmte verder om in een hogere warmte, geschikt voor het verwarmen van de woning.
Split-unit
Een lucht-water warmtepomp kan een split-unit of een monoblock uitvoering zijn. Bij een split-unit is het koelcircuit verdeeld over de binnen- en buitenunit. De buitenunit is hierdoor wat kleiner. Er wordt koudemiddel in plaats van water gebruikt. Ze zijn meestal iets goedkoper in aanschaf en duurder in onderhoud dan monoblock uitvoeringen. De prestaties van split-unit en monoblock zijn vergelijkbaar, maar bij split-units is geen vorstbescherming tussen binnen- en buitenunit nodig.
Monoblock
Een lucht-water warmtepomp kan een split-unit of een monoblock uitvoering zijn. Een monoblock heeft het volledige koelcircuit in een buitenunit zitten. De buitenunit is hierdoor wat groter. Er wordt water in plaats van koudemiddel gebruikt. Ze zijn meestal iets duurder in aanschaf en goedkoper in onderhoud dan split-unit uitvoeringen. De prestaties van split-unit en monoblock zijn vergelijkbaar, maar monoblock heeft geen jaarlijkse controle koelcircuit nodig, heeft geen risico op lekken, de installateur heeft geen certificaat van koeltechnieker nodig en er is een grotere afstand tussen de units mogelijk.
Buffervat
Door een buffervat in het systeem toe te voegen, creëer je ‘rust in het systeem’ waardoor de warmtepomp rustig kan blijven werken. Hierdoor zal het systeem minder pendelen (start/stoppen), waardoor de compressor minder vaak aanspringt en stroom verbruikt. Dit bevorderd de levensduur en de SCOP. Ook wordt een buffervat aangeraden vanwege de ontdooicyclus van een (lucht-water) warmtepomp.
Moduleren
Een modulerende warmtepomp kan het vermogen terugbrengen van 100% naar 25% (of lager als er meerdere compressoren in zitten). Een modulerende warmtepomp is zuiniger en heeft een langere levensduur dan de nog steeds te koop zijnde niet-modulerende (aan/uit warmtepomp.
Pendelen
Pendelen is het telkens starten en na een paar minuten weer stoppen van de warmtepomp. Dit komt doordat het vermogen van de warmtepomp veel te groot is voor de afgiftesystemen (radiatoren / vloerverwarming). Met een goed aangelegde vloerverwarming mag dit niet voorkomen en is pendelen een teken dat het vermogen van de warmtepomp verkeerd is berekend. Pendelen verkort de levensduur van de warmtepomp enorm. Een buffervat kan het pendelen van een warmtepomp reduceren en de levensduur verlengen.
Synthetische koudemiddelen
Een warmtepomp gebruikt een koudemiddel om te kunnen werken. Nu worden vaak synthetische koudemiddelen zoals fluorkoolwaterstoffen (hfk’s) gebruikt. Uit een warmtepomp ontsnapt tijdens de levensduur een heel klein beetje van dit koudemiddel. Het broeikaseffect daarvan over de hele levensduur van de warmtepomp is vergelijkbaar met 50 tot 350 kilo CO2. Ten opzichte van de besparing op energie is dat weinig. Ook zijn er steeds strengere Europese eisen voor koudemiddelen, waardoor het klimaateffect van koudemiddelen bij nieuwe warmtepompen steeds kleiner zal worden. Vanaf 2025 mogen synthetisch koudemiddelen niet meer dan 750 keer zoveel klimaatinvloed hebben als dezelfde hoeveelheid CO2. (Het synthetische koudemiddel R32 heeft ruim 600 keer meer). Andere synthetische koudemiddelen zoals R410a (ruim 2000) en R134a (ruim 1800) hebben een veel grotere klimaatinvloed.
Natuurlijke koudemiddelen
Natuurlijke koudemiddelen zijn koudemiddelen met een lage klimaatimpact (maximaal 3 keer zo veel als dezelfde hoeveelheid CO2). Voorbeelden zijn propaan (R290), isobutaan (R600a), CO2 (R744), ammoniak (R717). Het zijn stoffen die van nature voorkomen in het milieu. Bij gebruik van natuurlijke koudemiddelen is veiligheid een aandachtspunt. Vooralsnog worden natuurlijke koudemiddelen daarom toegepast in warmtepompen die in hun geheel buiten geplaatst worden (monoblock-warmtepomp). Natuurlijke koudemiddelen werken over het algemeen iets energiezuiniger dan synthetische. Ze kunnen ook hogere temperaturen bereiken, maar dan werken ze juist minder energiezuinig.
Bronnen
www.warmtepomp-tips.nl
www.wiebepoppe.nl
www.res.urgenda.nl
www.duurzaamheidsvergelijker.nl
www.ecoheating.nl
Terug naar warmte opwekken