Get Adobe Flash player


Omgevingswarmte wordt verwarming

Warmtepompen kunnen warmte van omgevingstemperatuur naar een hogere bruikbare temperatuur brengen. Hiermee kunnen woningen, kantoren en kassen worden verwarmd.

Principe warmtepompenAlle soorten warmtepompen nemen bij lage temperatuur warmte op die bij hoge temperatuur weer wordt afgegeven. Volgens de Tweede Hoofdwet van de thermodynamica gaat dat niet vanzelf, zodat er één of andere vorm van arbeid aan te pas moet komen. De meest voorkomende soorten warmtepompen verdampen vloeistof bij lage temperatuur en condenseren de damp bij hoge temperatuur. In het eerste geval moet het kookpunt dus worden verlaagd en/of in het tweede geval worden verhoogd. Het kookpunt kan worden verhoogd 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 smoorventiel (of soms in een turbine).

Het geheel van comprimeren (A), condenseren (B), expanderen (C) en verdampen (D) vormt een gesloten kringloop voor het rondstromende koudemiddel maar niet voor de warmte en de arbeid: aan het systeem wordt netto arbeid toegevoerd (in de compressor), en er wordt warmte verplaatst van de verdamper naar de condensor. Daarnaast ontstaat er extra warmte, geluid en infraroodstraling; deze ongewenste bijproducten heten verlies en gaan ten koste van het rendement.

Thermische aandrijving
Een absorptiewarmtepomp is een warmtepomp die werkt zonder compressor, mogelijk zelfs geheel zonder bewegende delen (behalve uiteraard het stromende koudemiddel). Zulke warmtepompen zijn bijvoorbeeld te vinden in gasgestookte koelkastjes voor op de camping.

Werkingsprincipe warmtepompen

Met een warmtepomp kan warmte met een lage temperatuur, op een hoger temperatuurniveau worden gebracht. De ‘gratis’ omgevingswarmte met de lage temperatuur wordt in temperatuur verhoogd tot op een voor ruimteverwarming bruikbaar niveau.

De werking van een warmtepomp is grotendeels gebaseerd op het volgende natuurkundig effect:
‘Indien een gas gecomprimeerd wordt tot een hogere druk, dan stijgt tevens de temperatuur’.

Principeschema warmtepomp

Een warmtepomp maakt van dit verschijnsel gebruik, door in een gesloten systeem het aanwezige gas met een compressor zodanig in druk te verhogen, totdat de daarbij behorende temperatuur hoog genoeg is geworden om er bijvoorbeeld onze woning mee te kunnen verwarmen. Nadat de warmte afgegeven is, wordt de druk verlaagd en hierdoor kan er weer nieuwe (duurzame) warmte worden opgenomen.

Om dit tot een continu werkend geheel te maken, zijn de volgende hoofdcomponenten in de warmtepompkringloop nodig:

  • Een warmtewisselaar om de warmte uit de omgeving (de duurzame bron) te onttrekken: de verdamper
  • Een compressor om de druk tot het gewenste niveau te verhogen
  • Een warmtewisselaar om de warmte over te dragen aan het te verwarmen object of medium (boiler of verwarmingsysteem): de condensor
  • Een expansieventiel; dit is een vernauwing in het leidingwerk, waardoor de compressor druk kan opbouwen. Het koelmiddel achter het expansieventiel heeft een groter volume tot zijn beschikking, waardoor het koelmiddel kan verdampen. Zo kan er een hogere druk worden opgebouwd.

Het benodigde gas wordt gekozen aan de hand van de proceseisen en wordt in de praktijk aangeduid als het koudemiddel, zie hoofdstuk 0. Iedere woning staat bovenop een onuitputtelijke bron aan energie. Door de instraling van de zon op de aarde is er in onze omgeving voldoende duurzame gratis energie aanwezig om de gebouwde omgeving te verwarmen te koelen én ons tapwater te verwarmen.

Deze duurzame energie heeft echter jammer genoeg een te laag temperatuurniveau om rechtstreeks in onze normale centraleverwarmingsinstallatie te kunnen worden gebruikt. Een warmtepomp is in staat om het temperatuurniveau van deze energie te verhogen, waarmee deze wel bruikbaar wordt voor het verwarmen van woonhuizen, tapwater, etc.

Warmtepompen werken volgens verschillende principes. De aandrijfenergie kan bestaan uit mechanische energie (compressiewarmtepomp) of warmte (absorptiewarmtepomp).

In woning- en utiliteitsbouw wordt meestal de elektrisch aangedreven compressiewarmtepomp toegepast. Het werkingsprincipe van deze warmtepomp wordt hierna beschreven.

De absorptie warmtepomp wordt meestal aangedreven met relatief hoogwaardige restwarmte, en kent daardoor lagere COP’s. vanwege de noodzakelijke beschikbaarheid van deze restwarmte (industrie) wordt absorptie warmtepompen meestal in de nabijheid van dergelijke afvalstromen gebouwd. Deze techniek wordt impliciet ook toegepast bij gasgestookte warmtepompen.

Elektrische compressiewarmtepomp

Om een warmtepompcyclus te doorlopen, heeft men een compressor, een condensor, een verdamper en een expansieventiel nodig, zie (Q1) . De warmte wordt aan de warmtebron onttrokken, welke vervolgens door het warmteafgiftesysteem wordt afgegeven. Een warmtedragend medium stroomt tussen de warmtebron en het warmteafgiftesysteem. Het warmtedragend medium verdampt bij een lage druk in de verdamper en neemt hierbij warmte (Q1) op vanuit de warmtebron (analoog met alcohol die op je hand verdampt en daarbij warmte onttrekt). De compressor zuigt de gassen uit de verdamper en perst deze samen waardoor de temperatuur en het kookpunt worden verhoogd. De compressor levert hierbij arbeid (W). Deze gassen onder hoge druk en op hogere temperatuur worden in de condensor afgekoeld en daarbij vanuit gasvormige toestand vloeibaar gemaakt. Hierbij wordt warmte (Q2) afgestaan aan het warmteafgiftesysteem (nuttige warmte). In het expansieventiel keert het koudemiddel terug naar zijn oorspronkelijke druk om in de verdamper opnieuw te kunnen verdampen.

De afgegeven nuttige warmte is de opgenomen warmte in de verdamper + de arbeid die door de compressor geleverd wordt: Q2=Q1+W.