Waarom is een warmtepomp zo energiezuinig?

Warmtepompen worden steeds vaker toegepast, vooral in de nieuwbouw gecombineerd met lage temperatuur verwarming (LTV), zoals vloerverwarming. Waarom worden warmtepompen steeds populairder? Wat is een warmtepomp eigenlijk en hoe komt het dat een warmtepomp zo energiezuinig is? Interessante materie waarop we wat dieper ingaan.

Vergelijking tussen een cv-ketel en een warmtepomp

Om dit goed te begrijpen kunnen we het best een vergelijking maken met de bekende op gas gestookte cv-ketel. Een cv-ketel maakt warmte door gas te verbranden. In de ketel brand een vuur en met dit vuur wordt het water in de cv-installatie verwarmd. Het door de ketel verwarmde water stroomt door de leidingen van de cv-installatie en transporteert de warmte naar de plek waar het nodig is: een ruimte in huis. De warmte wordt aan de ruimte afgegeven met radiatoren, convectoren, vloer- of wandverwarming. Door deze warmte-afgifte stijgt de temperatuur in de ruimte en wordt het, als alles goed werkt, lekker behaaglijk warm.

Een warmtepomp maakt ook warmte, maar doet dit op een totaal andere manier dan een cv-ketel. Je kan zelfs zeggen dat een warmtepomp geen warmte maakt, maar deze alleen maar verplaatst van het ene deel naar het andere deel van de warmtepomp. Vandaar ook de benaming warmtepomp. Een pomp is een apparaat dat een vloeistof kan verplaatsen. Een warmtepomp doet dat met warmte. Maar waar haalt een warmtepomp die warmte dan vandaan en waar "pompt" hij het naartoe?

Hoe werkt een warmtepomp?

De meeste warmtepompen die toegepast worden gebruiken elektriciteit als primaire energiebron. Dit in tegenstelling tot de cv-ketel, waarvoor in Nederland meestal gas wordt gebruikt. Een warmtepomp zet die elektriciteit niet direct om in warmte, maar verricht daarmee arbeid. In een warmtepomp wordt met elektriciteit een motor aangedreven. Deze motor drijft een compressor aan die zorgt voor drukverhoging en verplaatsing van een gas. Dit gas zit in de warmtepomp en circuleert constant over de twee gedeelten waaruit een warmtepomp bestaat. Het gas wordt koelgas, koelmedium of koudemiddel genoemd en zou in het geval van een warmtepomp eigenlijk verwarmingsgas, verwarmingsmedium of verwarmingsmiddel genoemd moeten worden. Dit gas is ook het middel waarmee de warmtepomp warmte verplaatst van het ene deel naar het andere deel van de warmtepomp. Maar in plaats van het middel direct te verwarmen, zoals dat met cv-water in de cv-ketel gebeurt, zorgt de warmtepomp ervoor dat het middel verdampt en condenseert. En dit verdampen en condenseren zorgt voor de opname van warmte en de afgifte van warmte door het koudemiddel. De twee delen waartussen het koudemiddel stroomt worden verdamper en condensor genoemd. In de verdamper, verdampt het middel van vloeistof tot gas en in de condensor condenseert het middel van gas tot vloeistof. Om te verdampen van vloeistof naar gas moet je warmte toevoeren en om te condenseren van gas naar vloeistof moet je warmte onttrekken. Door nu het koudemiddel aan de ene kant van de warmtepomp te verdampen in de verdamper en aan de andere kant van de warmtepomp te condenseren in de condensor, verplaatst je warmte van het ene deel naar het andere deel. In de verdamper wordt warmte opgenomen en in de condensor weer afgegeven. Met de condensor kun je dan cv-water verwarmen. Het opgewarmde cv-water stroomt daarna door de cv-leidingen naar de diverse ruimten en geeft zijn warmte daar af met behulp van radiatoren, convectoren, vloer- en of wandverwarming. Het afgekoelde cv-water stroomt weer terug naar de condensor, waar het weer opgewarmd wordt. Voor het rendement van de warmtepomp is het belangrijk dat het cv-water met een zo laag mogelijke temperatuur zijn warmte afgeeft. Een lage temperatuur verwarmingssysteem is dan ook noodzakelijk om de warmtepomp energetisch goed zijn werk te laten doen.

Waar haalt de warmtepomp zijn warmte vandaan?

Met de verdamper neemt de warmtepomp warmte op. Een warmtepomp kan zijn warmte praktisch overal vandaan halen. Als we de verdamper van de warmtepomp in de grond stoppen, halen we warmte uit de grond. We koelen de grond af door warmte aan de grond te onttrekken en oogsten op die manier aardwarmte. Hangen we de verdamper in de buitenlucht, dan gebruiken we de buitenlucht als warmtebron. Met de verdamper halen we warmte uit de buitenlucht. We koelen de lucht af en oogsten op die manier buitenluchtwarmte. Een warmtepomp kan zijn warmte ook halen uit rivierwater, uit vijverwater, uit restwarmte van een industrieel productieproces of uit ventilatie lucht van de woning. Er zijn diverse mogelijkheden waaruit een warmtepomp warmte kan halen. De meest gebruikt warmtepompen in woningen zijn lucht-warmtepompen, die warmte uit de buitenlucht halen en bodemwarmtepompen die warmte uit de grond halen. De elektriciteit waarmee de motor van de warmtepomp wordt aangedreven wordt uiteindelijk ook omgezet in warmte die nuttig gebruikt wordt voor verwarming.

          

Wat is het rendement van een warmtepomp?

Als we kijken naar de hoeveelheid elektrische energie die we in een warmtepomp moeten stoppen om een bepaalde hoeveelheid nuttige energie in de vorm van warmte er uit te krijgen, dan ligt de benodigde elektrische energie een factor 3 tot 7 lager dan de hoeveelheid nuttige energie die de warmtepomp produceert. Dit betekent dat als we 1 eenheid elektrische energie er in stoppen, we er 3 tot 7 eenheden warmte energie  voor terugkrijgen. Dit is natuurlijk fantastisch. De warmtepomp levert meer op dan wat hij kost! Niet helemaal eerlijk om het zo te bekijken, want een warmtepomp steelt warmte en maakt het niet zelf, zoals de cv-ketel. Een warmtepomp steelt het uit de grond, uit de lucht, uit het rivierwater of waarvandaan hij zijn warmte ook maar betrekt. Zo bezien zou je een warmtepomp ook een warmte-steler kunnen noemen. Het echte rendement is natuurlijk afhankelijk van waar je de benodigde elektriciteit vandaan haalt. Elektriciteit moet ook eerst geproduceerd worden en het grootste deel wordt nu nog in gas- en kolencentrales gemaakt. Om een eerlijk vergelijk te maken met een gasgestookte cv-ketel moet je ook het rendement van de elektriciteitsopwekking in energiecentrales meenemen. Een uitspraak over het echte rendement en de echte energiezuinigheid van een warmtepomp kun je alleen maar doen als je deze factoren meeneemt in je beoordeling. Een voorbeeld van zo'n berekening kun je hier vinden:

Waarom is er een grote rol weggelegd voor de warmtepomp in de energietransitie?

Om de klimaatdoelstellingen te bereiken moet het gebruik van fossiele brandstoffen stevig aan banden worden gelegd. Gronings gas hebben we in 2030 niet meer tot onze beschikking en de warmtepomp kan er voor zorgen dat we ook zonder fossiele brandstoffen er warmpjes bij blijven zitten. Om een warmtepomp te laten draaien is elektriciteit de meest voor de hand liggende energiesoort. Elektriciteit kan direct, zonder CO2 uitstoot, geproduceerd worden met behulp van duurzame energiebronnen, zoals windmolens en zonnepanelen. Er zijn nog wel een aantal uitdagingen die de komende jaren het hoofd geboden moeten worden. Nadeel van elektriciteit is dat de opslagmogelijkheden op dit moment beperkt zijn en dat de productie van de genoemde duurzame bronnen zeer grillig kan zijn. In ons huidige elektriciteit distributienet moet de geproduceerde elektriciteit constant gelijk zijn aan het verbruik. Bronnen van energie, zoals zon en wind, zorgen voor een onstabiele factor die opgevangen dient te worden door opslag van elektrische energie, door het verbruik van elektrische energie te beïnvloeden of door reserve elektriciteitscentrales die in capaciteit traploos geregeld kunnen worden. De warmtepomp echter zal zo het er nu naar uitziet een belangrijke rol vervullen in de transitie, zeker gezien zijn efficiënte gebruik van elektriciteit in vergelijking met andere elektrisch verwarmingsmogelijkheden, zoals de elektrische cv-ketel of de elektrische radiator, ook al kunnen deze ook goed gebruikt worden in specifieke situaties.