Hoe werkt een warmtepomp?

Ruim driekwart van de Nederlandse woningen beschikt over een ketel voor de centrale verwarming. Maar in het kader van de energietransitie moet het aardgas uit het huishouden verdwijnen. Dus is de gasgestookte cv-ketel, ooit het symbool van vooruitgang en welzijn, gedoemd te verdwijnen. Wanneer is onduidelijk maar het staat vast dat de verwarming, of verkoeling, van ons huis op termijn elektrisch is. Einde cv-ketel, leve warmtepomp. Maar wat is dat eigenlijk? En hoe werkt die?

Grofweg is de nieuwkomer, die thuis of waarschijnlijker in de wijk komt te staan, een grote, omgekeerde koelkast. De kou in dat keukenapparaat draait op elektriciteit dat een afgesloten circuit op gang breng. Resultaat: in het apparaat kou en erbuiten warmte. Bij een warmtepomp is het precies andersom. Het begint weliswaar ook met stroom maar het resultaat: binnen, in huis dus, warmte en buiten kou. Zet de thermostaat maar aan.

Tot zover is het voor de meeste mensen overzichtelijk. Wie de warmtepomp echter in meer detail gaat bestuderen, moet z’n hoofd erbij houden. Voor het overzicht is het aantrekkelijk de warmtepomp op te knippen in twee onderdelen: 1) de bron, 2) de warmtepomp.

1) De bron

Er zijn drie bronnen waaruit de warmtepomp zijn warmte uit kan halen: lucht, (grond)water en de bodem.

2) De warmtepomp

De warmtepomp heeft altijd de beschikking over energie uit lucht, bodem of water. Zelfs in de winter. Nul graden Celsius is immers nog altijd 273 graden Kelvin. Dat is genoeg energie om het huis toch warm mee te krijgen. Zelfs bij min 25 graden Celsius is nog energie en dus warmte te winnen.

Maar hoe kan dat? De werking van een warmtepomp is gebaseerd op de principes van verdampen en condenseren. Daarbij komt namelijk warmte vrij.

Net als bij de koelkast draait alles in eerste instantie om het zogeheten ‘koudemiddel’ in het gesloten circuit van de warmtepomp. Dat goedje heeft bijzondere eigenschappen. Ten eerste het kookt het onder lage druk bij zeer lage temperaturen. Hierdoor gaat de vloeistof over in damp, die een pomp naar een ander deel van de warmtepomp brengt. Daar komt de tweede bijzondere eigenschap aan bod: het kookt ook onder hoge druk bij hoge temperaturen. Een, zeg maar, klein snelkookpannetje brengt de temperatuur van de damp nog verder omhoog.

Vervolgens condenseert de warmtepomp de damp op een gecontroleerde wijze. Dat is vergelijkbaar met de waterdamp in een pannetje op het fornuis dat overgaat in druppelvorm tegen de deksel van de pan. Die deksel wordt dan heet. In een warmtepomp geeft een warmtewisselaar de warmte door aan het systeem dat het huis verwarmt, bijvoorbeeld de radiatoren zoals we die nu al kennen van de huidige en vertrouwde centrale verwarmingsinstallatie.

Het inmiddels afgekoelde koudemiddel blijft in het systeem en gaat weer naar het begin om energie op te nemen uit lucht, bodem of water.

Geen gas,wel stroom

Een warmtepomp heeft energie nodig om de ‘koudevloeistof’ rond te pompen en de druk tijdelijk te verhogen. Die energie komt uit het stopcontact. De elektriciteitsrekening gaat omhoog en de gasrekening omlaag of zelfs helemaal naar nul. Omdat de warmte bijzonder efficiënt is – en de bron van alle warmte gratis – kan de investering rendabel zijn maar dat hangt natuurlijk wel af van gas- en stroomprijzen.

Koudemiddel wordt groen

Het koudemiddel in de warmte­pomp heeft een besmet verleden. Oorspronkelijk werkten warmte­pompen met chloorfluor­kool­stoffen(Cfk’s) en chloorfluorkoolwaterstoffen (HCfk’s), net als koelkasten en airco’s. Die stoffen zijn inmiddels verboden want ze tasten de ozonlaag aan.

Wel nog toegestaan zijn fluorkool­water­stoffen (Hfk’s) en natuurlijke koudemiddelen zoals propaan, propeen, CO₂ en ammoniak. Vanaf 2025 moeten alle koudemiddelen ‘natuurlijk’ zijn.

Ietsje kouder en toch warm

Een warmtepomp warmt het verwarmings­water meestal op naar 35 tot 55 graden. Dat is lager dan de huidige cv-ketel die meestal afgesteld staat op 60 tot 80 graden. Een warmtepomp werkt dus met een lagere temperatuur. Daarmee is een huis toch snel genoeg op te warmen omdat meestal overcapaciteit is ingebouwd, dat wil zeggen teveel radiatoren. Ligt er al vloerverwarming, dan is dat helemaal perfect.

Het voordeel van verwarmen met een lagere temperatuur is dat in huis een heel gelijkmatige temperatuur ontstaat. Het nadeel is dat het systeem trager werkt. In de nacht gaat de verwarming dan bijvoorbeeld op zeventien of achttien graden in plaats van vijftien.

Hybride of volledig stroom

Er zijn veel verschillende soorten warmtepompen. De keuze hangt samen met de mogelijkheden die het huis heeft. Hoe oud is de cv-ketel? Is het huis goed geïsoleerd? Als dat niet zo is, kan een hybride oplossing het beste zijn. Dan komt een warmtepomp naast de bestaande gasketel komen te hangen. De warmtepomp is verantwoordelijk voor de verwarming van het huis. De cv-ketel springt alleen bij in uitzonderlijke situaties als het nodig is het huis snel ‘op te stoken’ of als het buiten echt hard vriest. De cv-ketel zorgt nog wel voor warm water uit de kraan. Dit is vooral verstandig bij huizen waar goede isolatie een dure optie is, bijvoorbeeld monumentale panden. Een bodem- of waterbron warmte­pomp kan vaak voor zowel warmte als heet water leveren.