Warmtepomp

De temperatuur in de ondiepe ondergrond schommelt tussen de 15 en 20°C.  De temperaturen zijn te laag voor de ruimteverwarming van gebouwen en dienen verder opgewaardeerd te worden.

Een warmtepomp is een toestel dat mits toevoeging van een deel externe energie (gas of elektriciteit) deze lage temperaturen kan verhogen tot een hogere gewenste temperatuur. Deze gewenste temperatuur is afhankelijk van het warmte-afgiftesysteem. (zie verder warmte-afgifteystemen). De warmtepomp “pompt” dus thermische energie van een laag naar een hoog temperatuursniveau.

principe

rendement

principe

 

 

De cyclus van een warmtepomp bestaat uit vier stappen:

 

Stap 1:

  • Het grondwater in geval van een open systeem of de vloeistof bij een gesloten systeem wordt via een verdamper in contact gebracht met een koudere werkvloeistof in de warmtepomp. De speciale vloeistof, die onder lage druk staat en daardoor een lage kooktemperatuur heeft, begint te koken en wordt omgezet in damp.

Stap 2:

  • een compressor perst de damp onder hoge druk samen, wat de temperatuur ervan doet stijgen.
    De damp wordt op een temperatuur gebracht die hoger ligt dan het water of de lucht van de verwarmingsinstallatie in de woning.

Stap 3:

  • een condensor brengt de hete damp in contact met het koudere water of de lucht van het verwarmingssysteem van de woning. Daardoor stijgt de temperatuur in het verwarmingssysteem. Tegelijkertijd koelt de damp af en wordt ze opnieuw vloeistof.

Stap 4:

  • een ontspanningsventiel veroorzaakt een drukverlaging, waardoor het kookpunt van de vloeistof opnieuw daalt. De temperatuur van de vloeistof valt opnieuw onder die van de buitenomgeving, waardoor de hele cyclus opnieuw kan beginnen.

rendement

 

Het enige onderdeel van een warmtepomp dat energie verbruikt, is de compressor waarmee de druk en dus ook de temperatuur van het warmtedragend medium wordt verhoogd.

Het rendement of de winstfactor van een warmtepomp wordt dan ook bepaald door het energieverbruik van de compressor.

Deze winstfactor of COP (Coefficient Of Performance) wordt berekend door de geleverde nuttige energie te delen door de verbruikte (elektrische) energie.

Hebben we bijvoorbeeld een warmtepomp met een COP van 4; dan zal voor één kWh verbruikte elektriciteit, 4kWh nuttige warmte worden opgewekt.

 

Met behulp van deze maatstaf (COP) kunnen verschillende systemen met elkaar worden vergeleken.

Hoe groter de temperatuurverhoging die moet worden gerealiseerd door de warmtepomp, hoe groter de drukverhoging die de compressor moet bewerkstelligen. Dit vergt op zijn beurt weer meer energie waardoor de COP van de warmtepomp zal dalen.

De winstfactor of COP van een warmtepomp zal dus stijgen bij een hogere temperatuur van de warmtebron (de bodem) en een lagere vereiste temperatuur van het afgiftesysteem.

 

Door de schommelingen van de temperatuur aan aanbod- en afgiftezijde zal dus ook de COP van de installatie variëren. Daarom werd de SPF (seasonal performance factor) in leven geroepen die de prestatie van het warmtepompsysteem gedurende een volledige winterperiode in rekening brengt.

Willen we tenslotte ook de vergelijking maken met andere verwarmingssystemen moeten we ook het primaire energieverbruik in rekening brengen. Het rendement van de elektriciteitscentrale en het thermisch rendement van bijvoorbeeld de gasketel wordt mee verrekend in de zogenaamde PER-factor (Primary Energy Ratio). Hoe hoger deze factor, hoe energiezuiniger het systeem.

In onderstaande tabel worden de verschillende warmtepompsystemen zowel onderling met elkaar vergeleken als met andere verwarmingssystemen (mazout- en gasketel).

De cijfers zijn indicatief; werkelijke praktijkwaarden zijn afhankelijk van de omstandigheden.[1]code van goede praktijk voor de toepassing van warmtepompen in de woningbouw

Koelen

 

Actief koelen

Door de cyclus van een warmtepomp om te draaien, verkrijgt men dezelfde werking als een koelkast. De warmte uit het gebouw wordt opgenomen en via de warmtepomp afgegeven aan de buitenomgeving t.t.z. de bodem.

 

Passief koelen

Indien de compressor van de warmtepomp niet inwerking wordt gesteld en de installatie enkel werkt als een warmtewisselaar, spreekt men van natuurlijke of passieve koeling.

 

Direct Exchange

Bijzondere aandacht verdient Direct Exchange, ook gekend onder de volgende benamingen: DX, direct expansion of directe verdamping

Direct Exchange is een warmtepomp waarbij het koelmiddel via koperen leidingen energie uitwisselt met de bodem.

Bij deze systemen verdampt het koelmiddel (veelal Freon) direct in de koperen leidingen. De koperen leidingen hebben gelijktijdig de functie van grondwarmtewisselaar als van verdamper

 

In tegenstelling tot de typische geothermische systemen zijn er geen PE-buizen met een mengsel van water en glycol; er is ook geen pomp die het water door de ondergrond moet doen circuleren.

Door de betere geleidbaarheid van koper t.o.v. de PE-buizen, heeft het systeem een kortere warmtewisselaar dan bij de klassieke water-glycol systemen .

Het systeem kan worden gebruikt voor de productie van warm water voor de vloerverwarming, radiatoren of sanitair water. Het systeem kan ook toegepast worden voor actieve koeling.

Deze oplossing kan zowel met warmte- of koude afgifte gecombineerd worden. Het afgiftesysteem kan lucht- of watergebonden zijn.

Direct Exchange komt eerder voor bij residentieel gebruik, nieuwbouw of renovatie.