Om een vloeistof te verdampen, moet je energie toevoegen. Dat is makkelijk uit te leggen met water. Wanneer een pot water wordt verwarmd tot 100 graden Celsius (er wordt thermische energie aan toegevoegd), begint het water te verdampen. Wanneer er nog meer thermische energie wordt toegevoegd, stijgt de temperatuur van het water niet verder, maar verandert het water in stoom.
Hoe werkt een grond/water-warmtepomp?
Offerte aanvragenOverzicht
Collectoren en sondes voeren thermische energie naar de warmtepomp
Om de geothermische sondes in de grond te steken worden er diepe gaten geboord. De geothermische collectoren bevinden zich dan weer net onder de grond, maar hebben grotere oppervlakken die de thermische energie kunnen absorberen. Beide hebben een gesloten circuit waardoor een vorstbestendige en warmtegeleidende vloeistof stroomt. Een ingebouwde pomp zorgt ervoor dat de warmtegeleidende vloeistof blijft stromen en voert de warmte van de grond naar de warmtepomp.
De koelkringloop: het hart van een warmtepomp
Welke warmtebron er ook wordt gebruikt om warmte te creëren, een warmtepomp doorloopt altijd de vier fasen van een koelkringloop.
Wanneer een gas, zoals lucht, wordt samengeperst (de druk wordt opgevoerd), stijgt de temperatuur. Hou maar eens een vinger op de opening van een fietspomp en probeer er lucht in te pompen. De cilinder van de pomp zal warm worden.
Energie kan niet verloren gaan. En dus komt de thermische energie die werd gebruikt om het water te verdampen vrij wanneer de damp condenseert.
Wanneer de druk van een vloeistof onder druk plots wegvalt, daalt de temperatuur sterk. Dat kun je bijvoorbeeld zien aan een campinggasfles met vloeibaar gas. Wanneer het ventiel wordt geopend kan er ijs ontstaan op het ventiel van de gasfles, zelfs in de zomer (hier daalt de druk van ongeveer 30 bar naar 1 bar).
Dit proces herhaalt zich keer op keer
Dit gebeurt allemaal in een gesloten kring binnen de warmtepomp. Om de warmte te transporteren wordt een vloeistof (koelmiddel) gebruikt die bij heel lage temperaturen verdampt. Thermische energie, bijvoorbeeld uit de grond of de buitenlucht, wordt gebruikt om die vloeistof te laten verdampen. Zelfs temperaturen tot min 20 graden Celsius zijn voldoende om energie te geven. Die koelvloeistofdamp van bijvoorbeeld -20 graden Celsius wordt dan stevig samengedrukt. De temperatuur van die damp kan daarbij tot wel 100 graden Celsius stijgen. De damp condenseert daarna en geeft de warmte af aan het verwarmingssysteem. De druk van de koelvloeistof daalt vervolgens flink. Daardoor zakt de temperatuur van de vloeistof naar zijn oorspronkelijke waarde. En dan kan het hele proces opnieuw beginnen.
De werking van een warmtepomp uitgelegd met het voorbeeld van een lucht/water-warmtepomp
De eenvoudigste manier om dit proces uit te leggen is met het voorbeeld van een lucht/water-warmtepomp. Een lucht/water-warmtepomp heeft één unit buiten of twee units (1 binnen en 1 buiten). In beide gevallen trekt een ingebouwde ventilator omgevingslucht naar binnen en voert die naar een warmtewisselaar. Door die warmtewisselaar loopt de koelvloeistof die al bij heel lage temperaturen van fysische toestand verandert. Wanneer de koelvloeistof in contact komt met de omgevingslucht warmt de vloeistof op en begint te verdampen. Met een compressor wordt die warmte op de gewenste temperatuur gebracht. De compressor drukt de stoom samen en doet zowel de druk als de temperatuur van de koelvloeistofdamp stijgen.
Een tweede warmtewisselaar (condensor) geeft de energie van de verhitte stoom dan door aan de verwarmingskring (vloerverwarming, radiatoren, buffervat en/of warmwaterboiler). De koelvloeistof, die nog onder druk staat, koelt daarbij af en wordt weer vloeibaar. Voor de vloeistof terug naar het circuit kan vloeien, zet die eerst uit in een expansieventiel. Zodra de vloeistof haar oorspronkelijke toestand heeft bereikt, begint het proces opnieuw.
Voor compressie is elektriciteit nodig
Een belangrijk onderdeel van de koelkringloop is de compressor. Zonder compressie is de temperatuur te laag om een gebouw te verwarmen tot een aangename temperatuur – zeker op koude dagen met een temperatuur van dubbele negatieve cijfers.
Het koelcircuit als functionele basis van de warmtepomp
De grond/water-warmtepomp Vitocal 300-G met andere systemen
In de praktijk wordt een aantal compressoren gebruikt, waaronder pistoncompressoren of scrollcompressoren, die allemaal werken op elektriciteit. Het stroomverbruik voor compressie hangt af van verschillende factoren. Het gaat onder meer om de warmtebehoefte, de compressortechnologie en het temperatuurverschil tussen de warmtebron en het verwarmingssysteem. Over het algemeen geldt: hoe hoger het temperatuurverschil tussen de warmtebron en de aanvoertemperatuur, hoe harder de compressor moet werken.
Elektriciteit voor warmtepompen verbetert de levenscyclusanalyse van een warmtepomp
Energieleveranciers bieden nu al een tijdje speciale tarieven voor warmtepompen aan met verbeterde voorwaarden voor eindgebruikers. Dat levert die gebruikers een dubbel voordeel op. De tarieven helpen om de energiekosten tot een minimum te herleiden. Tegelijkertijd wordt de elektriciteit vaak opgewekt met hernieuwbare energiebronnen. De energie is bijgevolg "schoon", wat de al positieve levenscyclusanalyse van een warmtepomp nog verbetert.