Hoe werkt een warmtepomp – en waarom lage temperatuurverwarming daarbij past

De warmtepomp is inmiddels niet meer weg te denken uit moderne woningen en duurzame gebouwen. Hij verwarmt (en in veel gevallen koelt) je huis op een slimme manier, met veel minder energiegebruik dan een cv-ketel. Maar wat doet een warmtepomp precies? En waarom past lage temperatuurverwarming daar zo goed bij?
In deze blog leggen we het helder uit.

Wat een warmtepomp eigenlijk doet

De naam zegt het al: een warmtepomp verpompt warmte. Niet door zelf warmte te maken zoals een cv-ketel, maar door warmte te verplaatsen van de ene plek naar de andere.
Die warmte komt – afhankelijk van het type – uit de buitenlucht, de bodem of zelfs uit ventilatielucht. Zelfs wanneer het buiten koud is, zit er nog steeds bruikbare energie in de lucht of in de grond. In het verleden heeft Kelvin berekend dat er pas bij -273 °C geen energie meer aanwezig is.

De warmtepomp gebruikt daarvoor een natuurkundig proces: verdampen (koken) en omgekeerd condensatie (condenseren). Dat werkt verrassend logisch.

Verdamping en condensatie: de basis van de werking

Water kookt bij 100 °C onder atmosferische druk op zeeniveau. Hoog in de bergen is de luchtdruk lager en kookt water al bij een lagere temperatuur (op de Mount Everest zelfs bij 70 °C). Verhogen we de druk boven het water – zoals in een snelkookpan – dan kookt het water pas bij een hogere temperatuur, bijvoorbeeld 120 °C.

De warmtepomp maakt hier gebruik van. Voor koken (verdampen) is warmte nodig – het ‘vlammetje onder de pan’. Bij condenseren moet de temperatuur lager zijn dan het kookpunt en komt de warmte die tijdens het koken is opgenomen weer vrij.

Het verschil is dat een warmtepomp geen water gebruikt maar een koudemiddel. Dit koudemiddel kookt onder atmosferische druk al bij -40 °C. De druk in de verdamper (waar het kookproces plaatsvindt) wordt zo ingesteld dat het koudemiddel wil koken bij bijvoorbeeld 2 °C. Als we de verdamper opwarmen met lucht of water van 8 °C, dan gaat het koudemiddel koken en neemt het warmte op.

Vervolgens verhoogt de compressor de druk, waardoor het kook-/condensatiepunt stijgt naar bijvoorbeeld 40 °C. Laten we nu lucht van 20 °C over de condensor stromen, dan condenseert het koudemiddel, komt de warmte vrij en wordt de lucht verwarmd van 20 naar 30 °C.

De enige energie die is toegevoegd, is de elektriciteit die de compressor nodig heeft om de druk te verhogen. In de verdamper is warmte onttrokken, en die warmte wordt in de condensor weer afgestaan. Geen vlam, geen vuur – alleen het transport van warmte (verpompen), waarbij slechts een klein deel elektriciteit nodig is voor de compressor. Het goede nieuws: de elektrische energie die in de compressor gaat, wordt in de condensor óók nog eens als warmte afgegeven. Er is dus praktisch geen verlies.

Het proces werkt zo:

1. Verdampen = warmte opnemen

Het koelmiddel kookt bij lage temperatuur. Tijdens dat koken neemt het warmte op uit de omgeving. Het kookpunt van het koudemiddel ligt lager dan de temperatuur van de bron (lucht of water). De bron wordt dus merkbaar afgekoeld.

2. Comprimeren = druk verhogen

De compressor in de warmtepomp verhoogt de druk van het dampvormige koelmiddel tot een niveau waarop het wil condenseren bij een hogere temperatuur dan de binnentemperatuur.

3. Condensatie = warmte afgeven

Het hete gas komt langs een warmtewisselaar en condenseert weer tot vloeistof. De warmte die daarbij vrijkomt wordt afgegeven aan het verwarmingswater, dat vervolgens naar de vloerverwarming stroomt en het huis verwarmt.

4. Expansie = druk verlagen, opnieuw beginnen

Het koelmiddel gaat door een expansieventiel, waardoor de druk weer daalt tot een niveau waarop het koudemiddel opnieuw wil gaan koken. Het proces begint weer van voren af aan.

Het mooie: het grootste deel van de warmte komt uit de omgeving, niet uit elektriciteit.
De compressor gebruikt wel stroom, maar óók die energie wordt omgezet in warmte.

Een voorbeeld:
5 delen nuttige warmte = 4 delen uit de buitenlucht + 1 deel elektriciteit.
Het rendement is dan 5/1 = COP 5 – oftewel 500%.
Precies daardoor is een warmtepomp zo energiezuinig.

Waarom lage temperatuurverwarming hierbij perfect past

Hoe groter het temperatuurverschil (‘temperatuurtrap’) dat de warmtepomp moet overbruggen, hoe meer elektrische energie de compressor nodig heeft en hoe lager het rendement.

Buitentemperatuur 15 °C en binnen 20 °C? Dan liggen de kook- en condensatiepunten dicht bij elkaar, het verschil is maar 5 °C – eenvoudig voor de compressor.
Is het buiten -10 °C en binnen 20 °C, dan is het verschil 30 °C en moet de compressor aanzienlijk harder werken.

De bron bepaalt deels deze temperatuur: de buitentemperatuur kunnen we niet veranderen.
Wat je wél kunt beïnvloeden, is de afgiftetemperatuur binnen, bepaald door je afgiftesysteem.

• Oudere plaatradiatoren hebben hoge temperaturen nodig.
• Vloerverwarming, LTV-radiatoren en ventilatorconvectoren kunnen met veel lagere temperaturen verwarmen.

Elke graad waarmee het temperatuurverschil tussen verdampen en condenseren kleiner wordt, verbetert het rendement van de warmtepomp met zo’n 3%.

Lage temperatuurverwarming (LTV) past hier perfect bij, zoals:

• vloerverwarming
• lage temperatuur radiatoren
• convectoren
• vloerconvectoren / convectorputten

Hoe lager de temperatuur die nodig is om je ruimte te verwarmen, hoe hoger het rendement. Je warmtepomp draait stiller, gebruikt minder stroom en gaat langer mee.

Verschillende soorten warmtepompen

Lucht-lucht warmtepomp (airco die kan verwarmen)

Een lucht-lucht warmtepomp haalt warmte uit de buitenlucht en blaast binnen warme lucht de ruimte in. Het systeem lijkt op een airco, maar dan omgekeerd.

Voordelen:

• kan verwarmen én koelen
• snelle reactietijd
• ideaal voor woningen zonder watergedragen systeem
• energiezuinig
• geen leidingen of radiatoren nodig
• goedkope, eenvoudig te installeren oplossing
• in de zomer voordelig voor warm tapwater door hogere buitentemperatuur

Nadelen:

• onder 7 °C ligt het kookpunt van het koudemiddel onder nul, waardoor vocht kan bevriezen op de buitenunit; een ontdooicyclus is dan nodig
• tijdens ontdooien levert hij geen warmte maar verbruikt wél energie
• maakt geluid en is niet altijd mooi in het zicht
• bij koeling draait de compressor continu (actieve koeling)

Bodemwarmtepomp (brine/water)

Een bodemwarmtepomp haalt warmte uit de bodem via een verticale boring (50–100 meter), een horizontale leidinglus of zelfs oppervlaktewater. Op grotere diepte blijft de temperatuur constant, ook in de winter, waardoor het rendement zeer hoog is.

Voordelen:

• hoogste rendement van alle warmtepompen
• zeer geschikt in combinatie met vloerverwarming
• kan efficiënt en vrijwel gratis koelen (passieve koeling)
• geen buitendeel, dus geen geluidsoverlast
• constante brontemperatuur, geen ontdooicyclus

Nadelen:

• hogere installatiekosten door de boring
• in de zomer is de bron soms koeler dan de lucht, waardoor warm water iets minder efficiënt wordt geproduceerd
• niet overal toegestaan vanwege waterwingebieden of beperkingen in boordiepte

Voor grote woningen, nieuwbouw en projecten met hoge duurzaamheidseisen is een bodemwarmtepomp vaak de beste keuze.

Warmtepomp + lage temperatuur + passief koelen = perfecte combinatie

Voor alle warmtepompen geldt: hoe kleiner de temperatuurtrap, hoe hoger het rendement. Daarom zijn warmtepompen altijd ontworpen voor lage temperatuurverwarming.

Combinaties die bijzonder goed werken:

• vloerverwarming + warmtepomp
• vloerconvectoren bij grote raampartijen
• lage temperatuur radiatoren in bestaande bouw
• convectorputten in luxe woningen of kantoren

Met deze combinatie blijft het energieverbruik laag, het comfort hoog en het systeem stil en betrouwbaar.

Conclusie

Een warmtepomp is een slim en energiezuinig systeem dat werkt volgens een natuurkundig principe: warmte opnemen bij lage temperatuur en afgeven bij hogere temperatuur.
Door dit proces kan een warmtepomp een veelvoud van de gebruikte elektriciteit omzetten in bruikbare warmte.

In combinatie met lage temperatuurverwarming haal je het hoogste rendement uit het systeem.
Of je nu kiest voor een lucht-lucht warmtepomp of een bodemwarmtepomp, de warmtepomp vormt de basis van een duurzaam en comfortabel klimaatsysteem.

Wil je weten welke warmtepomp het beste past bij jouw woning of project?
Duklitech helpt je graag verder met eerlijk advies en een conceptmatige totaaloplossing, waarbij warmtepomp, afgiftesysteem, boilertank en het gebouw zelf perfect op elkaar aansluiten – volledig afgestemd op jouw situatie en comfortwensen.