Hoe werkt een warmtepomp: warmte wordt niet gemaakt, maar verplaatst
Een ketel verbrandt gas om warmte te maken. Een warmtepomp maakt geen warmte: hij haalt die uit de buitenlucht, ook in de winter, en brengt die naar binnen. Stroom is alleen nodig om de warmte te verplaatsen; daarom levert de machine meer warmte-energie dan ze aan elektrische energie verbruikt. Hoeveel meer, zegt de COP, die op onze machines op het display af te lezen is.
Het transport gebeurt met een koudemiddel dat in een gesloten circuit rondgaat en vier stappen doorloopt. We leggen ze uit met een Kita Air die een bedrijfshal verwarmt.
01
De vier stappen van het koudemiddel
1. Verdamping. In de lamellenwisselaar van de buitenunit komt het koudemiddel kouder binnen dan de lucht. Het verdampt, zoals kokend water, en neemt tijdens het verdampen de warmte op van de lucht die de ventilator erdoorheen blaast. Dat werkt ook onder nul: het koudemiddel hoeft alleen kouder te zijn dan de lucht.
2. Compressie. De compressor zuigt het gas aan en comprimeert het: druk en temperatuur stijgen, tot het veel warmer is dan de lucht in de hal.
3. Condensatie. Het hete gas komt bij de binnenunit en geeft zijn warmte af aan de lucht die de ventilator naar beneden blaast, waar gewerkt wordt. Door warmte af te geven wordt het weer vloeibaar.
4. Expansie. De vloeistof gaat terug naar de buitenunit en passeert het expansieventiel: ze verliest druk, koelt af en is klaar om opnieuw te verdampen. Op onze machines is het ventiel altijd elektronisch. Het wordt aangestuurd door de besturingsprint, die de sensoren uitleest en precies zoveel koudemiddel in de wisselaar laat als er kan verdampen, moment voor moment. Een mechanisch ventiel volgt veranderingen in temperatuur en belasting niet even nauwkeurig.
In het schema is de compressor voor de duidelijkheid bovenaan getekend. In de machine zit hij in de buitenunit, samen met de wisselaar en het ventiel.
02
In de zomer draait de kringloop om
Dezelfde machine koelt. De twee wisselaars ruilen van taak: de binnenste neemt warmte op uit de hal, de buitenste voert die af. Waarom een airco die in de winter ook verwarmt geen warmtepomp is, legden we uit in de tip over de airco.
03
Waarom hij minder rendeert als het kouder is
De compressor moet harder werken naarmate het verschil groter is tussen de temperatuur waarbij het koudemiddel buiten verdampt en die waarbij het binnen condenseert. Bij -7 °C buitenlucht is dat verschil groter dan bij +7 °C, en de COP daalt. Het is de wet die Carnot twee eeuwen geleden opschreef: geen echte machine haalt zijn grens, maar het verloop is hetzelfde.
Daarom beoordeel je een warmtepomp niet op de nominale COP, maar op wat hij in de winter doet. Wisselaar en compressor zijn bepalend:
- een grote wisselaar, die het koudemiddel laat verdampen dicht bij de luchttemperatuur, zoals uitgelegd in de tip over de lamellen;
- een compressor gebouwd voor grote temperatuursprongen, zoals uitgelegd in de tip over scrollcompressoren.
04
Ontdooien: alleen als het nodig is
In de winter werkt de buitenwisselaar onder nul en zet het vocht uit de lucht zich erop af als rijp. Zolang er weinig rijp is, verwarmt de machine normaal. Als de wisselaar vol zit, komt er geen lucht meer door en moet de machine het ijs ontdooien, met warmte uit de hal.
Veel warmtepompen ontdooien op tijd, om de zoveel minuten, of zodra de wisselaar onder een bepaalde temperatuur zakt. Zo ontdooien ze ook als de wisselaar bijna schoon is, en elke onnodige ontdooiing is warmte die aan het gebouw wordt onttrokken en tijd waarin de machine niet verwarmt.
De onze ontdooien alleen als het echt nodig is: als de wisselaar vol rijp zit en de warmte-uitwisseling met de lucht onder een bepaalde drempel is gezakt. Dat meet de besturingsprint, niet een klok. Het is ons ontdooisysteem, gepatenteerd. Meer ruimte tussen de lamellen betekent ook meer rijp voordat die drempel bereikt wordt, en dus minder ontdooiingen, zoals uitgelegd in de tip over ontdooien.
05
Veelgestelde vragen
Hoe werkt een warmtepomp, eenvoudig uitgelegd?
Hij maakt geen warmte: hij haalt die uit de buitenlucht en brengt hem naar binnen met een koudemiddel dat in een gesloten circuit verdampt, wordt gecomprimeerd, condenseert en expandeert. De stroom zorgt alleen voor de beweging.
Werkt een warmtepomp onder nul?
Ja: het koudemiddel in de buitenbatterij hoeft alleen kouder te zijn dan de lucht. Als het kouder wordt, groeit het temperatuurverschil en daalt de COP.
Waarom rendeert een warmtepomp minder bij kou?
De compressor moet harder werken naarmate het verschil groter is tussen de verdampingstemperatuur buiten en de condensatietemperatuur binnen: bij -7 °C buiten is dat verschil groter dan bij +7 °C.
Kan dezelfde warmtepomp in de zomer koelen?
Ja: de cyclus keert om en de twee batterijen ruilen van taak. De binnenbatterij haalt warmte uit de kamers, de buitenbatterij voert die af.
Zie ook: Warmtepomp met radiatoren: werkt dat? Ja, en met propaan beter · Hoeveel stroom verbruikt een warmtepomp: per dag, per jaar en per vermogen, met de cijfers van de datasheets · COP van de warmtepomp: wat het is, hoe het wordt gemeten en waarom het in de mist niet meer hetzelfde is · Beste warmtepomp: 10 punten om te vergelijken voor je een lucht-water warmtepomp koopt · Koelen met een warmtepomp: vloerkoeling of ventilo-convectoren, hoe zuinig en wat je nodig hebt · Bodemwarmtepomp of luchtwarmtepomp: verbruik, kosten en levensduur vergeleken
Alle technische tips staan op de pagina van de reeks. De volgende over twee weken.
