De lucht-water-warmtepomp: hoe werkt het?

Dit modieuze verwarmingstoestel, dat populair is omdat het gebruik maakt van hernieuwbare lucht-energie, blijft vaak een mysterie over hoe het werkt. Door dit artikel te lezen zult u het principe achter lucht-water warmtepompen begrijpen.

Een lucht-water warmtepomp absorbeert calorieën uit de buitenlucht, dankzij het endotherme karakter van de verdampingsreactie van een koelmiddel. Het verdeelt de calorieën over het water in het huisnet, dankzij de exotherme eigenschap van de condensatie van hetzelfde koelmiddel.

De bovenstaande definitie is de "ingewikkelde" manier van uitleggen, maar ze kan vereenvoudigd worden en als ze begrepen wordt kan ze in detail uitgelegd worden

Het werkingsprincipe van de lucht-water warmtepomp wordt uitgelegd.

Analogie van de koelkast

Wij hebben thuis allemaal een koelkast. Als u wilt dat het werkt, kunt u het beste de deur dicht laten. De reden is eenvoudig en wij zijn ons er allen intuïtief van bewust. Dat komt omdat u de grootte van het te koelen volume moet beperken. U wilt het voedsel alleen in de koelkast afkoelen.

Maar wat gebeurt er als u de deur van de koelkast open doet? U kunt zich voorstellen dat het voedsel in de lucht warm zal worden. De koelkast werkt nog steeds, omdat hij niet weet dat de deur open is. Daarom probeert hij, zonder het te weten, een volume te koelen dat veel te groot is voor zijn kleine compressor, hij probeert de hele kamer te koelen.

Het resultaat is dat zijn kleine compressor altijd werkt. Het kijkt naar het instelpunt dat het moet bereiken, en totdat het daar is, gaat het door. En de condensor achter in uw koelkast werkt op volle toeren. Het condenseert, het condenseert, dus het warmt op, want condensatie is een reactie waarbij warmte vrijkomt (exotherm).

Uw koelkast is een verwarming geworden: hij heeft het volume van de te koelen ruimte voor zich wanneer zijn deur openstaat. Voor hem is het bijna oneindig en onmogelijk af te koelen. Het loopt dus in een lus en verwarmt door condensatie.

Hetzelfde principe geldt voor het verwarmen van uw huis met een warmtepomp. Behalve dan dat u de deur niet "openzet" naar het volume van de kamer, maar naar de hele buitenomgeving, de tuin, de planeet. Wij hebben dus een "oneindige" bron om te koelen. Daardoor is het mogelijk het huis te verwarmen door condensatie aan de condensor op het water van het huisnet: het koelmiddel herverdeelt de aan de buitenlucht onttrokken calorieën.

Contra-intuïtief om calorieën uit koude lucht te halen

Het lijkt misschien tegen-intuïtief om een kamer te verwarmen met energie uit de buitenlucht, wanneer het buiten in de winter superkoud is (-10 / -15°C). En het is juist in de winter dat het het meest moet verwarmen.

Maar u moet weten dat, ongeacht de temperatuur van de lucht, die toch calorieën bevat die eruit gepompt kunnen worden. Natuurlijk, hoe kouder en droger het is, hoe minder calorieën er in zitten, en daarom werken warmtepompen iets minder goed in de winter. Dat wil zeggen dat zij meer elektriciteit verbruiken om dezelfde hoeveelheid verwarming te leveren.

Dit feit is natuurlijk contra-intuïtief, omdat wij instinctief weten dat warmte altijd van de warmste naar de koudste omgeving stroomt. U weet dat als u 's winters midden in de nacht het raam openzet, u al gauw zult bibberen, omdat alle warmte in huis uit het raam verdwenen zal zijn.

De magie van de warmtepomp bestaat erin in de omgekeerde gang te slagen! Dat wil zeggen de doorgang van warmte van de koudste omgeving naar de warmste. Daar komt de term "warmtepomp" vandaan, want warmte wordt in de natuurlijke omgeving gepompt. Het bestrijdt deze natuurlijke overgang van warm naar koud, net zoals een bronpomp de zwaartekracht overwint door water van zijn laagste potentiële energiepunt naar een hoger potentieel energiepunt te brengen.

Meer details over de werking van de lucht-water warmtepomp

U zou het principe van de lucht/water-warmtepomp intuïtief begrepen moeten hebben door de eerste twee alinea's te lezen. Laten we nu wat meer in detail treden. Wat is het mysterie achter het vermogen van de warmtepomp om het natuurlijke principe van warmteoverdracht om te keren?

Het koelmiddel: de geleider van de warmtepomp

De magie van de warmtepomp is grotendeels te danken aan de eigenschap van koelmiddelen om bij zeer lage temperaturen te verdampen en zo energie uit de natuurlijke omgeving op te vangen, zelfs in de winter.

Wij weten allemaal dat water, dat de meest voorkomende natuurlijke vloeistof is, verdampt rond 100°C. Maar dit geldt alleen onder standaardomstandigheden, d.w.z. bij atmosferische druk 1013 HPa. Het verandert dan van een vloeibare in een damptoestand en men zegt dat het verdampt. Men zegt dat deze verdampingsreactie endotherm is, d.w.z. dat zij een hoeveelheid energie (calorieën) opneemt uit de omgeving waarin zij plaatsvindt.

Maar als u op de top van de Mount Everest staat, is de atmosferische druk helemaal niet hetzelfde: hij neemt bijna 3 keer af (ongeveer 350HPa). Water verdampt veel sneller, in dit geval vanaf ongeveer 70°C. Dit illustreert het feit dat de druk van een vloeistof beïnvloed kan worden en dat dus ook zijn verdampingstemperatuur gemoduleerd kan worden.

Dit kan al snel vergeleken worden met de warmtepomp. Als wij de druk van het koelgas naar onze wensen kunnen moduleren, dan kunnen wij het verdampen bij de temperatuur die wij willen, en in dit geval willen wij dat het verdampt bij de temperatuur van de buitenlucht, om de warmte daarvan op te vangen.

Nemen we het voorbeeld van het koelgas R32, dat binnenkort in alle residentiële warmtepompen zal zitten, aangezien R410A langzaam naar een geprogrammeerd verbod gaat (2025) en alle fabrikanten het zijn gaan gebruiken. Zijn kooktemperatuur (verdamping) is -51,7°C bij atmosferische druk. Als wij in Siberië zijn is dat prima, maar wij zijn niet in Siberië, dus zullen wij de druk zo moeten moduleren dat het verdampt als het bijvoorbeeld -6°C is. Daarvoor zal hij moeten stijgen naar 6500HPa.

Daarom zijn er in warmtepompsystemen, naast de warmtewisselaars (verdamper op lucht + condensor op water), twee apparaten waarmee de druk van de vloeistof gemoduleerd kan worden. Dit zijn de compressor en het expansieventiel. Deze zijn respectievelijk na en voor de verdamper geplaatst en zij maken een adaptieve regeling van de gasdruk mogelijk, zodat ongeacht de buitentemperatuur, het gas kan verdampen zoals het moet en de maximale hoeveelheid calorieën kan opvangen (naargelang de verwarmingsbehoefte)

Speciaal geval van de lucht-water warmtepomp

Bij een aerothermische warmtepomp worden de calorieën opgevangen uit de buitenlucht, bij de verdamper. Zij worden naar het huishoudwaternet teruggevoerd via een watercondensor, waarin het koelmiddel aan de ene kant en het water aan de andere kant passeert. De warmtewisseling vindt plaats via de wanden van de wisselaar, en er is natuurlijk geen contact tussen het water en het koelmiddel.

Sommige merken gebruiken een platenwarmtewisselaar voor de condensor, terwijl andere een coaxiale condensor gebruiken, die over het algemeen betrouwbaarder en duurzamer is, en minder onderhoud vergt.

In het geval van een split-warmtepomp (afzonderlijke binnen- en buitenunits), bevindt de condensator zich in de binnenmodule. Het koelmiddel circuleert tussen de binnen- en de buitenmodule.

In het geval van een monobloc warmtepomp (alles zit in de buitenunit) zit de condensor buiten in de unit en circuleert er water tussen de unit en de binnenkant van het huis. Het water wint de warmte van de condensor terug en wisselt die uit met het buffervat in de technische ruimte, door middel van een wisselaar.

Lees meer over dit onderwerp:

Hoeveel verbruikt een warmtepomp?

Wat zijn de nadelen van een warmtepomp?

Wat is de beste keuze voor een enkele of split warmtepomp?