Een warmtepomp werkt volgens hetzelfde principe als een koelkast. Het wordt koud in je koelkast omdat er in het vriesvakje een verdamper zit waarin een ijskoud koelmiddel circuleert. De voedingswaren in je koelkast geven hun warmte gratis af aan de verdamper. Dit komt omdat warmte altijd vanzelf van een hoog naar een laag niveau stroomt. De warmte die je voedingswaren hebben afgegeven verlaat de koelkast via een condensor (=zwart metalen rooster) aan de achterkant van je koelkast.

De warmtepomp haalt op dezelfde manier gratis warmte uit het milieu. Dankzij de zon zitten er in de aarde, het water of de lucht, altijd en overal - ook in de winter - enorme massa’s warmte opgeslagen. Het is deze warmte die je gebruikt om je woning te verwarmen.

Laag verbruik

Omdat de warmte zonder toevoeging van energie van hoog naar laag stroomt (flesje bier) bereikt een warmtepomp een gemiddeld rendement van 4 of meer ! Dit betekent dat je dus slechts 1/4 van de warmte moet aankopen (onder de vorm van elektriciteit) en dat je 3/4 gratis krijgt uit de natuur ! Of nog anders gezegd: voor elke euro elektriciteit die je in een warmtepomp stopt krijg je 4 euro warmte eruit.

De hoeveelheid energie die je moet kopen om 100% warmte te produceren is in vergelijking met andere systemen:

- normale gasketel :109 %
- condenserende gasketel : 93 %
- moderne stookolieketel :108 %
- elektrische verwarming :100 %
- warmtepomp : 20 tot 25 %

Er zijn verschillende warmtepomp methoden, de meest toegepaste techniek is de compressiekoelmachine of compressie warmtepomp.

Soorten warmtepompsystemen

Aarde / water
Warmte wordt aan de aarde onttrokken. De warmtepomp verwarmt daarmee het water voor de verwarming.

Water / water
De nodige warmte wordt uit grondwater gehaald. De warmtepomp verwarmt daarmee het water voor de verwarming.

Lucht / water
Een ventilator zuigt buitenlucht aan die langs de verdamper passeert en afgekoeld wordt. De warmtepomp verwarmt daarmee het water voor de verwarming.

Warmtebronnen
Verschillende warmtebronnen staan ter beschikking. Aarde is vrijwel altijd de beste keuze. De uiteindelijke warmtebron die we zullen kiezen zal vooral afhangen van het type van de installatie, het vermogen, en de plaatselijke omstandigheden.

Aarde
De aarde is een zeer goede warmteaccumulator.
Regen en zon zorgen ervoor dat haar temperatuur gedurende het hele jaar ong. 8 tot 12 °C bedraagt.

Horizontaal captatienet
Bestaat uit kunststofbuizen die ca. 1.2 m diep in de tuin liggen. Door deze buizen stroomt ijskoud water van de warmtepomp. Dit ijskoude water zal gratis worden opgewarmd door de warmere aarde.
De opbrengst bedraagt gemiddeld 30 W/m²
Deze methode heeft reeds 20 jaar zijn effectiviteit bewezen, omdat zij bijzonder betrouwbaar en goedkoop is.
Richtprijs gemiddelde woning: 1500 € + graafwerk

Verticale aardsondes
Wanneer men slechts over een klein grondoppervlak beschikt, kan men warmte aan de aarde onttrekken via verticale aardsondes.
In één of meerdere boringen die tussen 25 en 75 m diep zijn worden kunststofbuizen neergelaten waardoor het ijskoude water van de warmtepomp circuleert en de gratis warmte opneemt.

Al naargelang de geologie bedraagt de opbrengst per boormeter ca. 20 tot 100 W.

Grondwater

Bij deze methode wordt grondwater opgepompt en rechtstreeks naar de warmtepomp gestuurd.
Het afgekoelde water vloeit daarna weer terug via een retourput.
Een goede waterkwaliteit en dit water niet in aanraking brengen met de lucht is van primordiaal belang voor de goede werking van het systeem.

Lucht

Lucht is overal en in voldoende mate aanwezig.
Bij lage buitentemperaturen is de hoeveelheid warmte die we uit deze lucht kunnen halen echter vrij laag.
Daarom is tijdens extra koude periodes een extra verwarmingsbron nodig om de warmtepomp te ondersteunen.

Verwarmen met een warmtepomp of met stookolie ?
Hieronder kan je de kostprijs van een installatie en ook de jaarlijkse stookkosten vergelijken voor een gemiddelde woning. Om een eerlijke vergelijking te kunnen maken hebben we een stookketel gekozen van hoge kwaliteit zodat die de levensduur van de warmtepomp benadert.

Conclusie:
het warmtepomp systeem kost praktisch evenveel als de installatie met stookolie, maar de jaarlijkse verwarmingskosten bedragen minder dan de helft.

Kringloop in een compressie warmtepomp
Koelmiddel wordt in de vorm van vloeistof aan een verdamper toegevoerd. Daar verdampt het koelmiddel, dit koelmiddel is vaak ammoniak. De verdamper is een warmtewisselaar, die warmte onttrekt aan lucht of water. Om lucht te koelen, is de verdamper meestal uitgevoerd in de vorm van koperen pijpen met aluminium lamellen. Het verdampende koelmiddel zit inde pijpen en de lucht stroomt langs de lamellen van de pijp. Bij gebruik van water of een andere vloeistof als warmtebron, wordt via een pijpwand warmte uitgewisseld met het koelmiddel.

De warmte, die nodig is voor het verdampen van het koelmiddel, wordt onttrokken aan de lucht of het te koelen water, dat daardoor in temperatuur daalt, het is makkelijker om grondwater te gebruiken als bron, aangezien dit een grotere warmtecapaciteit heeft en water makkelijker is omdat het vloeibaar is. De koelmiddeldamp wordt aangezogen door een compressor. Deze zorgt ervoor dat de druk van het gasvormige koelmiddel veel hoger wordt. Daarbij stijgt ook de temperatuur. Door de hogere druk is het mogelijk om het koelmiddelgas weer vloeibaar te maken bij een hogere temperatuur in een condensor. Bij het condenseren komt de in de verdamper opgenomen warmte weer vrij samen met de door de compressor geleverde energie. De condensor is ook een warmtewisselaar, die de vrijkomende warmte afgeeft aan lucht of water. Het nu vloeibare koelmiddel stroomt vanuit de condensor via een expansieventiel weer terug naar de verdamper. Op deze manier wordt warmte op een lage temperatuur onttrokken en op een hogere temperatuur weer afgegeven. Voor dit proces moet de compressor arbeid verrichten. De verhouding tussen in de condensor afgegeven warmte en de energie die wordt opgenomen door de compressormotor noemen we de coëfficient of performance oftewel de COP (bij koelmachines kennen we ook een COP, maar daar is de COP de verhouding tussen in de verdamper onttrokken warmte, de koude, en de energie voor de compressormotor).

De COP is sterk afhankelijk van het verschil in temperatuur tussen verdamping en condensatie van het koelmiddel. Hoe groter de temperatuursprong is, des te meer energie heeft de compressor nodig. Door gebruik te maken van verdampers en condensors met een relatief groot oppervlak voor uitwisseling van warmte kan de COP gunstig worden beïnvloed. De COP is ook afhankelijk van de weerstand in zuig- en persleiding van het koelmiddelgas en van het type compressor en het rendement van de aandrijfmotor. Meestal gebruikt men elektromotoren, maar er zijn ook warmtepompen met gasmotor, waarbij de warmte van koelwater en uitlaatgassen ook weer kan worden gebruikt. De meeste elektrisch aangedreven compressie warmtepompen halen een COP van 3 tot 6. Dat geldt het jaar door voor warmtepompen die koelwater of de bodem als bron hebben. Warmtepompen, die hun warmte uit de buitenlucht halen, hebben bij vorst een beduidend lagere COP. Ook de verschillende compressortypes hebben nog invloed op de COP. De keuze voor een bepaald compressortype zal in de praktijk echter meer afhangen van technische beperkingen. Kleine warmtepompen gebruiken vaak een scrollcompressor, grotere schroefcompressoren of zuigercompressoren en in heel grote machines worden ook wel turbocompressoren toegepast. Warmtepompen zijn er vanaf vermogens van enkele kilowatten voor gebruik in woningen of als boiler tot vermogens van meer dan tien Megawatt voor grote complexen of wijkverwarmingen.

Kringloop in een absorptie warmtepomp

Bij een absorptie warmtepomp is er geen compressor voor het dampvormige koelmiddel. De damp, die in de verdamper ontstaat, wordt door de hygroscopische kracht naar de absorber verplaatst. De vloeistoffen die in een absorptiewarmtepomp gebruikt worden zijn vaak: water (bewegend vloeistof) met lithium bromide (absorptie vloeistof); of ammonia (werkende vloeistof) met water (absorptievloeistof). In de absorptievloeistof condenseert de damp weer en komt er warmte vrij op een hogere temperatuur. Door de opname van vloeistof vermindert de aantrekkingskracht van de absorber. Daarom wordt vloeistof vanuit de absorber gepompt naar de (re)generator. Daar wordt met behulp van warmte het koelmiddel weer uitgedampt. Deze damp wordt vervolgens weer vloeibaar gemaakt in de condensor. Het vloeibare koelmiddel gaat weer terug naar de verdamper. De geconcentreerde absorptievloeistof gaat vanuit de generator weer terug naar de absorber. Bij de absorptie warmtepomp komt zowel in de condensor als in de absorber warmte vrij. Ook hier kunnen we spreken van een coëfficient of performance ofwel COP. Maar het grote verschil is, dat bij een compressie warmtepomp energie in de vorm van kracht nodig is, terwijl bij de absorptie warmtepomp de aandrijving van het proces met warmte gaat. Deze vorm van een warmtepomp wordt vooral gebruikt in de industrie, er zijn daar twee mogelijkheden voor het aandrijven van de compressor:

- Een elektrisch aangedreven processor, bij de compressor zelf is er dan weinig energieverlies. Dit is de meest gebruikelijke aandrijving.
- Een compressor aangedreven door een gas of dieselmotor, hierbij is er meer uitstoot van schadelijke stoffen. De warmte die hierbij verloren gaat kan binnen het systeem van de warmtepomp wel weer opnieuw gebruikt worden.