Hoe werkt een lucht-water warmtepomp? Het thermodynamisch principe in begrijpelijke taal

Een warmtepomp is geen verwarmingsketel. Een warmtepomp is een transporteur. Het toestel haalt warmte uit de buitenlucht en brengt die naar binnen. Daarom is het rendement zo hoog. Een moderne lucht-water warmtepomp levert per kWh stroom drie tot vijf kWh warmte. Wij leggen in dit artikel uit hoe dat kan.

Het basisprincipe: warmte verplaatsen, niet maken

Een cv-ketel verbrandt aardgas. Bij die verbranding ontstaat warmte. Een warmtepomp werkt fundamenteel anders. Een warmtepomp gebruikt elektriciteit om een koudemiddel te laten circuleren. Dat koudemiddel pikt warmte op aan de ene kant en geeft die af aan de andere kant.

Het principe is identiek aan dat van een koelkast, maar dan omgekeerd. Een koelkast haalt warmte uit het binnenvak en lost die warmte aan de achterzijde op in de keuken. Een warmtepomp haalt warmte uit de buitenlucht en lost die warmte op in uw cv-water. Het is dezelfde fysica, met een andere richting.

Zelfs koude lucht bevat thermische energie. Lucht van 0 °C bevat ruim 7% van de energie die in lucht van 25 °C zit. Een warmtepomp kan die energie nog steeds extraheren. Daarom werkt een warmtepomp ook in een Nederlandse winter.

De vier stappen van de thermodynamische cyclus

Een lucht-water warmtepomp doorloopt continu vier stappen. Wij beschrijven ze in volgorde.

Stap 1 — Verdampen

De buitenunit zuigt buitenlucht aan met een grote ventilator. Die lucht stroomt langs een warmtewisselaar. In die wisselaar zit een koudemiddel. Bij Weheat is dat R290, ook bekend als propaan. Het koudemiddel heeft een zeer laag kookpunt: rond −42 °C bij atmosferische druk. Daardoor verdampt het koudemiddel zelfs bij −15 °C buitenlucht. Tijdens het verdampen neemt het koudemiddel warmte op uit de lucht.

Stap 2 — Comprimeren

De damp stroomt naar de compressor. De compressor is het hart van de warmtepomp. De compressor knijpt de damp samen tot een hoge druk. Door die compressie stijgt de temperatuur van de damp sterk. Een damp van 5 °C kan na compressie 70 °C of zelfs 80 °C bereiken. Dat is precies de temperatuur die u nodig heeft voor verwarming en warm tapwater.

Stap 3 — Condenseren

De hete damp stroomt naar een tweede warmtewisselaar binnen in het systeem. Daar geeft de damp zijn warmte af aan het cv-water. Tijdens het afgeven van warmte condenseert de damp tot vloeistof. Het cv-water wordt warmer. Dat warme water gaat naar uw vloerverwarming, radiatoren of warmwaterboiler.

Stap 4 — Expanderen

De vloeistof stroomt door een expansieventiel. Daar daalt de druk plotseling. Door die drukval daalt ook de temperatuur. De vloeistof is nu weer koud genoeg om opnieuw warmte op te nemen uit de buitenlucht. De cyclus begint opnieuw.

Deze vier stappen draaien automatisch. U hoort en ziet er weinig van. Wat u wel merkt is een gelijkmatig warm huis en altijd warm water.

Het rendementsgetal: COP, SCOP en SPF

Het rendement van een warmtepomp drukt u uit in een COP. COP staat voor Coefficient of Performance. Een COP van 4 betekent: voor elke 1 kWh stroom levert het toestel 4 kWh warmte. De extra 3 kWh komt uit de buitenlucht.

Begrip	Wat het meet	Wanneer gebruiken
COP	Rendement bij één specifiek meetpunt (bv. A7/W35)	Productvergelijking bij gelijke condities
SCOP	Seizoensgemiddeld rendement onder Europees klimaat	Vergelijking voor een Nederlandse jaarcyclus
SPF	Werkelijk gemeten rendement in uw eigen woning	Beoordeling van uw concrete installatie

Een Weheat Sparrow P60 heeft een SCOP van circa 4,8 onder gematigd klimaat. Een Daikin Altherma 3 H HT haalt vergelijkbare waarden. De ISDE-subsidie eist een minimum-SCOP van 3,5 voor lucht-water warmtepompen.

Belangrijk om te onthouden: een hogere afgiftetemperatuur verlaagt de COP. Vloerverwarming op 35 °C levert dus altijd een beter rendement dan radiatoren op 55 °C. Daarom hoort isolatie bij elke warmtepomp-keuze.

Monoblock of split: twee bouwvormen

Een lucht-water warmtepomp komt in twee bouwvormen. Wij leggen het verschil uit.

• Monoblock. De volledige koudemiddel-cyclus zit in de buitenunit. Naar binnen loopt alleen cv-water. Voorbeelden zijn de Weheat Flint, Sparrow en Blackbird. De installatie is eenvoudiger. Een F-gas-gecertificeerde monteur is niet altijd nodig bij propaan-monoblocks.
• Split. De cyclus is verdeeld over een binnen- en buitenunit. Tussen beide units lopen koudemiddelleidingen. De installateur moet F-gas-gecertificeerd zijn. De binnenunit kan binnenshuis warm tapwater maken zonder lange waterleiding-trajecten.

Voor de meeste Nederlandse rijwoningen kiezen wij een monoblock. De plaatsing is sneller. Het systeem heeft minder verbindingen. De storingsgevoeligheid ligt lager.

Het koudemiddel: waarom propaan (R290) wint

Het koudemiddel bepaalt drie zaken: het rendement, de milieu-impact en de bouwkundige eisen. Moderne warmtepompen werken steeds vaker met R290. R290 is propaan. Het is een natuurlijk gas dat al decennia in barbecue-flessen zit.

R290 heeft een Global Warming Potential van 3. Ter vergelijking: het oudere R410A heeft een GWP van 2.088. Een lekkage van een R290-systeem is dus 700 keer minder schadelijk voor het klimaat. De Europese F-gas-verordening dwingt fabrikanten naar lage-GWP-koudemiddelen toe. R290 is daarmee toekomstbestendig.

R290 is ontvlambaar. Daarom geldt een veiligheidszone van circa 1 meter rondom de buitenunit. Binnen die zone mogen geen ontstekingsbronnen staan. Een goede installateur regelt dat bij plaatsing.

Het afgiftesysteem: vloerverwarming, radiatoren of beide

Een warmtepomp werkt het beste bij een lage afgiftetemperatuur. Vloerverwarming is daarom ideaal. Vloerverwarming werkt op 30 °C tot 40 °C. Bij die temperaturen haalt een warmtepomp zijn hoogste rendement.

Bestaande radiatoren werken vaak op 70 °C of 80 °C. Dat is te hoog voor optimaal rendement. De oplossing zit in twee stappen.

1. Verbeter eerst de schil van de woning. Vloer-, dak- en spouwmuurisolatie verlagen de warmtevraag.
2. Vervang vervolgens kritieke radiatoren door lage-temperatuur radiatoren of voeg vloerverwarming toe.

Na deze stappen kan een warmtepomp uw huis comfortabel warm krijgen op 45 °C of zelfs 40 °C aanvoertemperatuur.

De buitenunit: plaatsing en geluid

De buitenunit zuigt lucht aan en stoot koudere lucht weer uit. Daarbij ontstaat geluid. Een moderne propaan-warmtepomp produceert in nominaal bedrijf 30 tot 40 dB(A) op 3 meter afstand. Dat is vergelijkbaar met een fluisterende stem. In nachtmodus daalt dat verder.

Het Activiteitenbesluit eist maximaal 40 dB(A) op de erfgrens tussen 23:00 en 07:00. Een goed geplaatste unit voldoet daar ruim aan. Een installateur kiest de plaatsing met aandacht voor afstand tot ramen, slaapkamers van buren en harde gevels die geluid weerkaatsen.

Wat een warmtepomp niet doet

Een warmtepomp is geen wondermiddel. Wij vinden het belangrijk om eerlijk te zijn over de grenzen.

• Een warmtepomp wekt geen warmte uit het niets op. Bij extreem lage buitentemperaturen daalt het rendement. Onder −10 °C zakt de COP richting 2 tot 2,5.
• Een warmtepomp warmt traag op. De aanvoertemperatuur is laag. Dat past bij continu verwarmen, niet bij grote nachtverlagingen.
• Een warmtepomp koelt licht. Topkoeling levert circa 3 °C verschil ten opzichte van buiten. Dat is geen airco.

Met deze kennis kiest u bewust. Wilt u weten of uw huis geschikt is voor een warmtepomp? Onze adviseurs rekenen het door op basis van uw bouwjaar, isolatie en afgiftesysteem. Een vrijblijvend gesprek levert binnen een halfuur duidelijkheid.