Een warmtepompsysteem is een systeem dat warmte van het ene gebied (warmtebron) naar het andere ( warmteafvoer ) transporteert door middel van mechanisch werk of een warmtebron met hoge temperatuur. Het systeem maakt gebruik van een compressiewarmtepomp of een absorptiewarmtepomp. De meeste conventionele warmtepompsystemen geven de warmte rechtstreeks af aan de binnenlucht, of aan kraanwater (zie zonnecollector ), of aan water dat wordt gecirculeerd voor verwarming (radiatoren).
Het is een apparaat dat wordt gebruikt om gebouwen te verwarmen en soms ook te koelen door thermische energie over te brengen van een koelere ruimte naar een warmere ruimte met behulp van de koelcyclus, wat de tegenovergestelde richting is waarin warmteoverdracht zou plaatsvinden zonder de toepassing van externe energie. Veelvoorkomende apparaattypen zijn onder andere luchtbronwarmtepompen, grondbronwarmtepompen, aterbronwarmtepompen en uitlaatluchtwarmtepompen. Warmtepompen worden ook vaak gebruikt in stadsverwarmingssystemen.
De efficiëntie van een warmtepomp wordt uitgedrukt als een prestatiecoëfficiënt (COP) of seizoensgebonden prestatiecoëfficiënt (SCOP). Hoe hoger het getal, hoe efficiënter een warmtepomp is en hoe minder energie deze verbruikt. Wanneer deze apparaten worden gebruikt voor ruimteverwarming, zijn ze doorgaans veel energiezuiniger dan eenvoudige elektrische weerstandsverwarmingen. Warmtepompen hebben een kleinere CO2-voetafdruk dan verwarmingssystemen die fossiele brandstoffen zoals aardgas verbranden , [1] maar die op waterstof werken, zijn ook koolstofarm en kunnen concurrenten worden. [2]
Inhoud
Gebruik
De warmtepomp kan worden gebruikt om een ruimte of vloeistof te verwarmen of te koelen . Ook kan het worden gebruikt om warmte in of uit een ruimte te pompen of te onttrekken. Voor het verwarmen van een huis kan een warmtepomp warmte onttrekken aan de buitenlucht (zelfs bij temperaturen onder het vriespunt), of uit de grond via vloeistof die door ondergrondse leidingen circuleert. Deze warmte kan vervolgens naar binnen worden overgebracht. Bij warm weer is de cyclus omgekeerd; warmte wordt onttrokken aan de binnenlucht en naar buiten afgevoerd, zoals in een airconditioner of koelkast .
Werking van een compressiewarmtepomp
- Verwarmingscyclus
Tijdens de verwarmingsmodus is de buitenspiraal de verdamper en de binnenspiraal de condensor.
- Het koelmiddel neemt in de verdamper warmte op uit de buitenlucht en verandert in gas
- De compressor verhoogt de druk van het gas, waardoor ook de temperatuur stijgt
- Het hete gas stroomt vervolgens door de condensorspiralen die zich in de verwarmde ruimte bevinden
- De vloeistof stroomt vervolgens via een drukreduceerventiel (capillaire buis) terug naar de verdamperspiralen aan de buitenkant, waar het door expansie wordt gekoeld.
- Koelcyclus
Tijdens de koelcyclus wisselen de verdamper- en condensorspiralen van rol. De stroomrichting van het koelmiddel wordt omgekeerd met een speciale klep.
Werking van een absorptiewarmtepomp
Zie dit wiki-artikel . Een schema van de onderdelen is te vinden in dit Eandis-document . Een absorptiewarmtepomp is 170% efficiënt. Echter, terwijl de compressiewarmtepomp kan worden aangedreven door elektriciteit, heeft de absorptiewarmtepomp een brandstof nodig om te werken. Als zodanig is het nog steeds minder ecologisch (tenminste als er geen hernieuwbare brandstof wordt gebruikt).
Soorten warmtepompsystemen
- Grondbronwarmtepompen
- Waterbron warmtepompen
- Luchtbronwarmtepompen
- Geothermische warmtepompen
De genoemde typen warmtepompen worden, naast de warmtebron, verder onderverdeeld naar het type werkvloeistof dat ze gebruiken. Zo hebben we:
- lucht/lucht-warmtepompen en lucht/water-warmtepompen onder de Lucht-water-warmtepompen
- grond/water-warmtepompen onder de Grond-water-warmtepompen
- water/waterbron warmtepompen onder de Waterbron warmtepompen
Rendement van de verschillende soorten warmtepompsystemen
De efficiëntie die voor warmtepompen wordt gebruikt, wordt niet uitgedrukt in de verhouding van energie-output tot energie-input, maar uitgedrukt in de verhouding van energie-output tot werkinput. De meeteenheid die hiervoor wordt gebruikt, heet de Coefficient of Performance of COP. Hoe hoger de COP, hoe efficiënter deze is.
De COP voor een warmtepomp in een verwarmings- of koeltoepassing, met stationaire werking, is:
- COPverwarming=ΔQheetΔA≤TheetTheet−Tkoel,{\displaystyle COP_{\text{verwarming}}={\frac {\Delta Q_{\text{heet}}}{\Delta A}}\leq {\frac {T_{\text{heet}}}{T_{\text{heet}}-T_{\text{koel}}}},}
- COPkoeling=ΔQkoelΔA≤TkoelTheet−Tkoel,{\displaystyle COP_{\text{koeling}}={\frac {\Delta Q_{\text{koel}}}{\Delta A}}\leq {\frac {T_{\text{koel}}}{T_{\text{heet}}-T_{\text{koel}}}},}
waar
- ΔQkoel{\displaystyle \Delta Q_{\text{koel}}}
is de hoeveelheid warmte die wordt onttrokken uit een koud reservoir bij een temperatuurTkoel{\displaystyle T_{\text{koel}}}
,
- ΔQheet{\displaystyle \Delta Q_{\text{heet}}}
is de hoeveelheid warmte die aan een heet reservoir wordt geleverd bij een temperatuurTheet{\displaystyle T_{\text{heet}}}
,
- ΔA{\displaystyle \Delta A}
is het afgegeven werk van de compressor.
- Alle temperaturen zijn absolute temperaturen, meestal gemeten in Kelvin of graden Rankine.
Typische COP-waarden voor airconditioning- en warmtepompsystemen liggen in het bereik van 2 tot 4. Met een typische elektrische weerstandsverwarming zal 10 kWh elektrische energie minder dan 10 kWh warmte-energie overdragen (vanwege enig rendementsverlies). Een warmtepomp met een COP van 3,5 en 10 kWh elektrische energie kan tot 35 kWh warmte-energie overdragen door de elektriciteit te gebruiken om energie uit de omgeving te pompen. [3]
Welke warmtepompsystemen zijn geschikt voor particuliere woningen?
Warmtepompsystemen die hun warmte uit de grond halen (water/waterbron warmtepompen gebruiken grondwater en vallen dus ook in deze "categorie") zijn de meest efficiënte warmtepompsystemen, maar vereisen wel grondwerk. Toch zijn ze nog steeds de beste keuze voor gebruik in gematigde landen (waar het in de winter de hele dag koud is en waar de lucht dus ook de hele dag koud is). Het beste is om een systeem te gebruiken dat ook omgekeerd kan draaien. Op die manier kunt u uw huis er in de zomer mee koelen en deze warmte direct ondergronds opslaan, waar het in de winter opnieuw wordt gebruikt. Systemen die omgekeerd kunnen draaien (actieve koeling) worden vaak helemaal niet aanbevolen, maar dit komt vaak doordat ze nooit rekening houden met de opgeslagen warmte (die helpt om het huis in de winter te verwarmen).
In landen waar het 's nachts koud wordt, maar overdag opwarmt (bijvoorbeeld subtropische landen/woestijnlanden), is een lucht-/watersysteem het beste.
Luchtbron-warmtepompsystemen worden het beste helemaal niet gebruikt. Dit omdat het compatibel moet zijn met uw ventilatiesysteem. Dus als u dit niet gebruikt, kunt u vrij uw eigen ventilatiesysteem kiezen (bijvoorbeeld een warmteterugwinningssysteem).
Het in de praktijk toepassen van een warmtepompsysteem in een woning
Hier zijn enkele nuttige links:
Gerelateerde projecten
Zie ook
- Kweken onder glas : de Strawbridge lucht/bodemwarmtepomp is een eenvoudig warmtepompsysteem voor een kas
Referenties
- http://ebl.vlaanderen.be/publications/documents/38408
- https://www.greenmatch.co.uk/warmtepomp
- http://www.eandis.be/eandis/pdf/9010014_Warmtepomp_Nl_01_12_DataId_5063929_Version_6.pdf
- https://www.renewableenergyhub.co.uk/main/heat-pumps-information
- ↑ "Het Verenigd Koninkrijk saboteert zijn eigen plan om verwarming te decarboniseren" . Opgehaald op 2021-06-06 .
- ↑ "Kan het Verenigd Koninkrijk vertrouwen op waterstof om zijn gasketels te redden?" . 2021-05-21 . Opgehaald 2021-06-06 .
- ↑ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heatpump.html en http://www.powerknot.com/how-efficient-is-your-air-conditioning-system.html
