Een warmtepomp is een toestel dat warmte verplaatst door middel van arbeid. De meest voorkomende toepassing vinden we in koelkasten, waar de warmtepomp wordt gebruikt om de ruimte in de kast te koelen. In dit soort toepassingen wordt de warmtepomp koelmachine genoemd. De warmtepompen die hier worden besproken zijn toestellen die de warmte uit de lucht of uit de grond onttrekken en het in huis pompen.
Een merkwaardige eigenschap van warmtepompen is dat met een bepaalde hoeveelheid energie, in de vorm van arbeid, een grotere hoeveelheid warmte-energie kan worden verplaatst.
Bij een warmtepomp wordt warmte onttrokken aan elementen van het milieu (bodem, lucht, water...) en naar het verwarmingssysteem gevoerd. Het kringproces van het koelmiddel gebeurt volgens eenvoudige natuurkundige wetten. Het koelmiddel, een vloeistof die reeds op lage temperatuur kookt, loopt in een kring en wordt achtereenvolgens verdampt, gecomprimeerd, gecondenseerd en ontspannen.
Warmteopname in de verdamper
In de verdamper is de druk lager doordat de compressor lucht aanzuigt vanuit de verdamper. Hierdoor zal de vloeistof beginnen koken en verdampen tot een gas. De warmte die daarvoor nodig is wordt onttrokken aan de omgeving. De temperatuur waarbij dat gebeurt is afhankelijk van de heersende druk, die door de aanzuigende werking van de compressor laag wordt gehouden.
Drukverhoging in de compressor
De compressor is in staat het ontstane lage druk gas te comprimeren tot een hoge druk gas. Doordat het gas naar een hogere druk wordt gebracht gaat ook de temperatuur van het gas omhoog. De hete damp stroomt naar de condensor.
Warmteafgifte in de condensor
In de condensor staat de hete damp zijn energie af aan het te verwarmen medium. Dit medium kan cv-water of tapwater zijn. Doordat er energie uit het koelmiddel wodrt onttrokken zal het condenseren tot een vloeistof. De vloeistof wordt aan de onderzijde van het reservoir afgetapt en stroomt dan naar een expantieventiel.
Drukverlaging in het expantieventiel
Door het expansieventiel zal de hoge druk verlaagd worden naar de oorspronkelijke lage druk. Hierdoor komt de koelvloeistof plots in een omgeving met lage druk terecht waardoor het door de wetten van de fysica terug wil verdampen. Eens in de verdamper kan de vloeistof verdampen tot een gas en opnieuw warmte uit haar omgeving onttrekken. De kringloop is gesloten.
Warmtepompsystemen verschillen in de manier waarop de verdamper warmte opneemt uit de natuur en door de manier waarop deze warmte gevaloriseerd wordt door de compressor om nadien verdeeld te worden door de condensor in de woning.
Lucht, water en grond vormen de drie klassieke omgevingen De warmte uit deze omgevingen is in overvloed in de natuur beschikbaar en is bovendien gratis. De ideale omgeving waaruit de warmtepomp warmte kan opnemen heeft een zo hoog mogelijke - liefst constante – temperatuur. Uit deze drie omgevingen is grond de omgeving die de meeste voordelen inhoudt.
Lucht
De verdamper van de warmtepomp kan rechtstreeks in contact worden gebracht met de buitenlucht om er de nodige warmte aan te onttrekken. Zo’n systeem is zeer gemakkelijk te installeren.
Het jaarrendement van een lucht/lucht of lucht/water warmtepomp is lager dan van een ‘bodem warmte’ warmtepomp. Een van de redenen hiervoor is natuurlijk dat in de winter de buitenlucht koud is en juist op dat moment heb je natuurlijk de meeste warmte nodig om het gebouw te verwarmen.
Deze systemen worden wegens hun eenvoud ingezet bij zwembadverwarming. In de zomer, wanneer het zwembad wordt verwarmt, is er altijd voldoende warmte aanwezig in de lucht waardoor het rendement van de warmtepomp hoog is. In de winter wordt er niet gezwommen.
Water
Het water van een grondwaterlaag, van een rivier, van een vijver of van de zee kan in contact worden gebracht met de verdamper die de warmte hieruit zal opnemen. Het volume aan water moet wel groot genoeg zijn om de verdamper toe te laten om voldoende warmte op te nemen.
Grond
Wanneer men over een klein grondoppervlak beschikt, kan men warmte aan de aarde onttrekken via verticale aardsondes (meest toegepast). In één of meerdere boringen die tussen 25 en 110 m diep zijn worden kunststofbuizen neergelaten waardoor het water van de warmtepomp circuleert en de warmte opneemt. De boringen dienen minimaal 5 meter uit elkaar te liggen.
Warmte/koude opslag methode
In de bodem zijn 2 'bellen' een warme bron en koude bron. In de winter wordt warmte uit de warme 'bel' naar boven gepompt en teruggebracht in de koude 'bel'. In de zomer net andersom koude wordt naar boven gepompt voor koeling en het opgewarmde water wordt terug gebracht in de warme bron.
Een goede (bron)waterkwaliteit en het water niet in aanraking laten komen met de buiten lucht is van groot belang voor een goede werking van dit systeem.