De lucht-water-warmtepomp: hoe werkt het?

Dit modieuze verwarmingstoestel, populair vanwege het gebruik van hernieuwbare lucht-energie, blijft vaak een mysterie over hoe het werkt. Dit artikel helpt je het principe achter lucht/water-warmtepompen te begrijpen.

Een lucht/water-warmtepomp absorbeert warmte uit de buitenlucht dankzij de endotherme aard van de verdampingsreactie van een koelmiddel. Ze verdeelt de calorieën over het water in het huishoudelijke netwerk dankzij de exotherme eigenschap van de condensatie van hetzelfde koelmiddel.

De bovenstaande definitie is een "ingewikkelde" manier om dingen uit te leggen, maar het is heel goed mogelijk om dingen in lekentaal uit te leggen en als dat eenmaal duidelijk is, kun je meer in detail treden.

Het werkingsprincipe van de lucht-water warmtepomp wordt uitgelegd.

Analogie van de koelkast

We hebben allemaal een koelkast thuis. Als je wilt dat hij werkt, kun je de deur het beste dicht laten. De reden is simpel en we weten het allemaal intuïtief. De reden is dat je de grootte van het te koelen volume moet beperken. Je wilt alleen het voedsel in de koelkast koelen.

Maar wat gebeurt er als je de deur van de koelkast opent? Je kunt je voorstellen dat het voedsel warm wordt als het in contact komt met de omgevingslucht. De koelkast werkt nog steeds omdat hij niet weet dat de deur open is. Zonder het te beseffen probeert hij 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 constant aan het werk is. Hij kijkt naar het instelpunt dat hij moet bereiken en totdat hij daar is, blijft hij doorgaan. En de condensor aan de achterkant van je koelkast werkt op volle toeren. Hij condenseert, hij condenseert, dus hij warmt op omdat condensatie een reactie is waarbij warmte vrijkomt (exotherm).

Je koelkast is een verwarming geworden: hij heeft het volume van de te koelen ruimte voor zich zolang de deur open is. Voor hem is dit vrijwel oneindig en onmogelijk te koelen. Hij draait dus in een lus en verwarmt door condensatie.

Hetzelfde principe geldt voor het verwarmen van je huis met een warmtepomp. Behalve dat je de deur niet "openzet" voor het volume van de kamer, maar voor de hele buitenomgeving, de tuin... de planeet, in feite. Je hebt dus een "oneindige" bron om te koelen. Als gevolg hiervan is het mogelijk om het huis te verwarmen door condensatie in de condensor op het water van het huishoudnetwerk: het koelmiddel herverdeelt de calorieën die uit de buitenlucht worden gehaald.

Het is contra-intuïtief om calorieën uit koude lucht te halen

Het lijkt misschien contra-intuïtief om een kamer te verwarmen met energie uit de buitenlucht, wanneer het buiten in de winter vriest (-10 / -15°C). En juist in de winter moet er het meest verwarmd worden.

Maar het is belangrijk om te onthouden dat ongeacht de temperatuur van de lucht, deze nog steeds calorieën bevat die eruit gepompt kunnen worden. Natuurlijk, hoe kouder en droger het is, hoe minder calorieën het bevat, daarom werken warmtepompen iets minder goed in de winter. Met andere woorden, ze verbruiken meer elektriciteit 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.

Het magische van de warmtepomp is dat hij erin slaagt het tegenovergestelde te doen! Met andere woorden, hij brengt warmte van de koudste omgeving naar de warmste. Hier komt de term "warmtepomp" vandaan, omdat warmte uit de natuurlijke omgeving wordt gepompt. Het bestrijdt deze natuurlijke overgang van warm naar koud, net zoals een bronpomp erin slaagt de zwaartekracht te overwinnen door water van het laagste punt van potentiële energie naar een hoger punt van potentiële energie te verplaatsen.

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 het warmtepomporkest

De magie van de warmtepomp is grotendeels te danken aan de eigenschap van koelmiddelen om bij zeer lage temperaturen te verdampen, zodat ze zelfs in de winter energie uit de natuurlijke omgeving kunnen opvangen.

We weten allemaal dat water, de meest voorkomende natuurlijke vloeistof, verdampt bij ongeveer 100°C. Maar dit geldt alleen onder standaardomstandigheden, d.w.z. bij een atmosferische druk van 1013 HPa. Het verandert dan van een vloeistof in een damp en men zegt dat het verdampt. Deze verdampingsreactie wordt endotherm genoemd, wat betekent dat ze een hoeveelheid energie (calorieën) absorbeert uit de omgeving waarin ze plaatsvindt.

Als je echter op de top van de Mount Everest staat, is de luchtdruk helemaal niet hetzelfde: deze daalt bijna 3 keer (ongeveer 350HPa). Water verdampt veel sneller, in dit geval vanaf ongeveer 70°C. Dit illustreert het feit dat we de druk van een vloeistof kunnen regelen en zo de verdampingstemperatuur kunnen moduleren.

Je kunt snel de verbinding maken met de warmtepomp. Als we de druk van het koelgas kunnen aanpassen aan onze wensen, dan kunnen we het verdampen op de temperatuur die we willen, en in dit geval willen we dat het verdampt op de temperatuur van de buitenlucht, om de warmte ervan op te vangen.

Neem bijvoorbeeld het koelgas R32, dat binnenkort in alle warmtepompen voor woningen zal worden gebruikt, aangezien R410A langzaam wordt uitgefaseerd (2025) en alle fabrikanten meedoen. De kooktemperatuur (verdampingstemperatuur) is -51,7°C bij atmosferische druk. Als we in Siberië zitten is dat prima, maar we zitten niet in Siberië, dus we moeten de druk moduleren zodat het verdampt als het bijvoorbeeld -6°C is. Daarvoor moet de druk stijgen tot 6500HPa.

Daarom hebben warmtepompsystemen naast de warmtewisselaars (luchtverdamper + watercondensor) twee apparaten die de druk van de vloeistof regelen. Dit zijn de compressor en het expansieventiel. Deze worden respectievelijk na en voor de verdamper geplaatst en maken een adaptieve regeling van de gasdruk mogelijk, zodat het gas ongeacht de buitentemperatuur naar behoren kan verdampen en de maximale hoeveelheid warmte kan opvangen (afhankelijk van de verwarmingsbehoefte).

Speciaal geval van de lucht-water warmtepomp

Bij een luchtwarmtepomp wordt de warmte verzameld uit de buitenlucht bij de verdamper. In de condensor passeert het koudemiddel aan de ene kant en het water aan de andere kant. De warmte-uitwisseling vindt plaats door de wanden van de wisselaar en er is natuurlijk geen contact tussen het water en het koelmiddel.

Sommige merken gebruiken een platenwarmtewisselaar om de condensor te maken, terwijl andere een coaxiale condensor gebruiken, die over het algemeen betrouwbaarder en duurzamer is en minder onderhoud vereist.

Bij een split-warmtepomp (aparte binnen- en buitenunits) bevindt de condensor zich in de binnenmodule. Het koelmiddel circuleert tussen de binnen- en buitenmodule.

Bij een monobloc warmtepomp (alles zit in de buitenunit) bevindt de condensor zich buiten de unit en circuleert er water tussen de unit en de binnenkant van het huis. Het water recupereert de warmte van de condensor en wisselt deze via een wisselaar uit met het buffervat in de technische ruimte.

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?