VIBA

Door Dr.Ir. E.M. Haas (Bron: http://www.nibe.org/)

Met dit eerste artikel beginnen we een nieuwe serie, een serie over energiebesparende apparaten en hun werking. Het viel mij op dat veel mensen geïnteresseerd zijn in energiebesparing, maar veelal een aantal basisbegrippen niet volledig begrijpen, waardoor misverstanden kunnen ontstaan. Deze onbekendheid en het onbegrip van hun werking, leidt logischerwijze tot het niet toepassen van deze technieken. Reden voor deze serie. 

De warmtepomp die in slot Loevestein geplaatst isDuurzaam verwarmen (en koelen) In het kader van duurzaam verwarmen, waarbij voor een groot deel gebruik wordt gemaakt van gratis warmte uit het buitenmilieu, biedt de warmtepomp uitstekende mogelijkheden om flink bij te dragen in energiebesparing. De warmtepomp is zelfs in staat om 80% van zijn verwarmingsvermogen te halen uit de gratis beschikbare warmtebronnen, de buitenlucht, bodem, water of afvalwarmte uit processen. Het grote voordeel van de warmtepomp is dat dit apparaat in staat is de beschikbare lage temperaturen van bijvoorbeeld de bodem (10°C) op te waarderen naar een hogere temperatuur die aan te wenden is voor ruimteverwarming of opwarming van tapwater. Dit proces verloopt zelfs zo energie-efficiënt dat met 1 kW elektrische energie voor de compressor zelfs 5 kW warmte te produceren is. Dat wil dus zeggen een warmteopbrengst van 500%. De warmteopbrengst geeft men meestal aan met de zogenaamde COP factor (coëfficiënt of performance).

De werking van de warmtepomp
De warmtepomp is een koelmachine waarbij men niet de koelenergie benut maar de warmte uit de condensor. De warmtepomp is opgebouwd uit een verdamper met expansieventiel een compressor en een condensor. Het interessante van de warmtepomp is dat deze machine warmte uit de bodem, afvoerlucht of andere warmtebronnen van lage temperatuur ontrekt en deze op een zeer efficiënte wijze omzet in warmte die gebruikt kan worden voor het verwarmen van woningen, gebouwen of processen.

Er zijn veel verschillende soorten warmtepompen, maar de werking komt altijd op hetzelfde neer. De werking van een warmtepomp is onder te verdelen in drie stappen: 

• Stap 1 
  Een vloeistof met een kookpunt lager dan de omgevingstemperatuur dient als transportmiddel van de warmte. Onder invloed van de warmtebron (lucht, water) verdampt deze vloeistof. Er wordt door de vloeistof dus warmte aan de buitenlucht of aan het grond- of oppervlaktewater onttrokken. De warmtebron daalt in temperatuur en de vloeistof verdampt.
• Stap 2
  De verdampte vloeistof wordt vervolgens samengedrukt door een compressor. Hierdoor stijgt de druk en de temperatuur van de damp. Bij het oppompen van een fietsband is dit verschijnsel ook goed waarneembaar: de onderkant van de pomp – waar de druk het hoogst is – wordt behoorlijk heet.
• Stap 3
  Als laatste stap wordt de warmte aan de damp onttrokken door bijvoorbeeld een CV. Het CV-water stijgt in temperatuur, de damp daalt in temperatuur, zelfs zover dat de damp weer condenseert tot vloeistof. Dat laatste gebeurt in het condensorvat. De vloeistof stroomt weer naar de verdamper waar het proces weer van voor af aan begint. 
  
  

Het samenpersen van de transportvloeistof kan op verschillende manieren gebeuren. Het kan via een (mechanische) compressor of via een absorptieproces. De compressor kan met behulp van elektriciteit worden aangedreven. Deze uitvoering wordt een elektrische warmtepomp genoemd. Bij gasgestookte warmtepompen kan de compressor direct door een gasmotor worden aangedreven of door een zogenaamd absorptieproces door middel van een brander/generator-combinatie. Ook combinaties met warmtekrachtkoppeling komen voor. Industrieel komen nog andere varianten voor, zoals de mechanische dampcompressie, de thermische dampcompressie en een warmte-transformator. Omdat een warmtepomp ook voor koeling kan worden gebruikt, kan deze met een dubbelfunctie worden toegepast (verwarmen en koelen).

De energie opbrengst
Voor de productie van bruikbare warmte is energie nodig. Deze energie is nodig voor het samenpersen van de damp en wordt aandrijfenergie genoemd. Hoe efficiënt dat gebeurt wordt uitgedrukt met de Engelse term Coefficient Of Performance (COP). 



De COP geeft de verhouding aan tussen de verkregen bruikbare warmte en de aandrijfenergie. Omgevingswarmte, grondwater, oppervlaktewater en afvalwarmte zijn gratis en in zeer grote hoeveelheden beschikbaar en worden dan ook niet meegenomen in het bepalen van de COP. De COP is daarom groter dan 1. De COP van de huidige generatie warmtepompen ligt tussen de 1 en 5. Het varieert per type en ook van het temperatuurniveau van de warmtevraag. Richtlijnen voor de COP van warmtepompen in woningen en gebouwen zijn:

• de elektrische warmtepomp 2,5 à 5;
• de gasmotorwarmtepomp 1,2 à 2;
• de absorptiewarmtepomp 1 à 1,5;

Indien een hoge temperatuur voor de warmtevraag gewenst is, daalt de COP. Daarom is de combinatie van een warmtepomp met een lage temperatuur afgiftesystemen (bijv. vloer- of wandverwarming) een efficiënte.

Lucht / water warmtepomp:
Bij dit type van warmtepomp wordt de warmte uit de omgevingslucht gehaald, om vervolgens op te pompen en aan het verwarmingssysteem toe te voegen. Erg hoge rendementen worden behaald tot buitentemperaturen van +7°C. Vooral toepassingen voor zwembadverwarming zijn voor de hand liggend voor deze toepassing. Openluchtbaden benodigen geen extra opwarming bij buitentemperaturen boven de 25°C, en indien de buitentemperaturen het vriespunt naderen wordt er meestal niet veel meer gezwommen. En juist binnen deze grenzen haalt de lucht/water WP haar hoogste rendementen. Zeker indien de warmte rechtstreeks aan het zwemwater kan afgegeven worden mits een roestvrijstalen warmtewisselaar en geen extra overgangsmedium meer dient gebruikt te worden ( CV water). Ook dient het water meestal slechts tot 30° à 31°C opgewarmd te worden, waardoor een erg hoge COP waarde bereikt kan worden door de lage condensortemperatuur.

Natuurlijk kunnen ook alle traditionele verwarmingssystemen als tussenmedium fungeren om deze warmte in de woning te krijgen. Zowel radiatoren als convectoren zijn geschikt. Wel dient hun verwarmingsvermogen omgerekend te worden voor lage temperatuur afgifte. Dit komt neer op een verlaging van de afgifte tot 70% van hun afgifte bij 90-70 regime. Indien de verwarmingsinstallatie al enkele jaren oud is, en intussen bijkomende isolatiewerken aan de woning uitgevoerd zijn, kan het best zijn, dat hieraan geen wijzigingen dienen aangebracht te worden, om zonder problemen over te schakelen op een 55-45 regime.

Bij vloerverwarming dient er geen enkele aanpassing te gebeuren, daar deze steeds worden berekend op een regime van 50-30. Het spreekt dan ook voor zich dat voor nieuwbouw dit type van verwarming zeer aan te raden is, om – is het niet nu, dan toch in de toekomst – over te schakelen op warmtepomp verwarming van de woning.

Ook toepassing van deze installaties om tegemoet te komen aan de koelbehoeften in de zomer is mogelijk . Door middel van een vierwegklep kan de functie van condensor en verdamper omgewisseld worden. We kunnen dan de warmte uit de vloer halen en terug afgeven aan de buitenlucht. Hierbij dienen we natuurlijk bijzonder op te letten om condensvorming op de vloer te vermijden. Door het koelen gaan we het dauwpunt van de vochtige zomerlucht al snel benaderen. Om dit te vermijden dienen we uitzonderlijk nauwkeurige vochtigheidsmetingen te plaatsen. Bovendien moeten we er voor zorgen een thermostaat te plaatsen die zowel een koud als een warm schakelcontact heeft, en dient een vorstbeveiliging geplaatst te worden om bevriezing van de installatie bij bijvoorbeeld pompuitval te voorkomen (ofwel vorstbeveiligende middelen aan het cv water toevoegen). 


Warmtepomp met bron lucht.

Water / water warmtepomp:
Hierbij trachten we de gratis primaire warmte te verkrijgen uit water. Hier zijn verschillende mogelijkheden voor:

1. U woont naast een meer of een riviertje, en u mag hieruit water pompen en terug lozen. Als de waterloop niet volledig zal dichtvriezen, kunt rekenen op een minimale temperatuur van 4°C. Mits een goede filtering kan dit dus een perfect medium zijn om door uw warmtepomp te trekken om uw woning te verwarmen.
2. U kan (mits aanvraag vergunning) een put laten boren tot een ca. 100 à 200 meter diep (afhankelijk van de aardlagen) en hierin een warmtewisselaar plaatsen waardoor een overgangsmedium in de grond steeds terug wordt opgewarmd om vervolgens deze warmte in de warmtepomp terug af te geven. 
3. U vreest dat u met 2 onvoldoende rendement zal halen, dan kunt u beslissen om twee putten te laten boren, eentje om grondwater naar boven te pompen, en eentje om het afgekoelde grondwater terug naar beneden te laten. Het oppompen van grondwater om het vervolgens massaal naar het riool te lozen is niet toegestaan.
4. U hebt flink wat grond liggen naast uw woning, en uw tuin is nog niet in orde, dan kan u de tuin laten openfrezen en deze zorgvuldig laten voorzien van een leidingnet op een diepte van 70 cm tot 1,5 meter. Hieruit kan in de winter aardig wat warmte gehaald worden door een overgangsmedium, afhankelijk van locatie en diepte. 
5. Uw tuin is al wel aangelegd, dan kan het uitvoeren van horizontale boringen in uw tuin misschien toch nog een oplossing bieden.

Een weloverwogen keuze uit deze opties zal voor voldoende primaire warmte zorgen om uw woning te verwarmen op een energievriendelijke en zuinige manier. De mogelijkheden tot afgifte van deze warmte aan de woning zijn identiek met de oplossingen reeds voorgesteld in de lucht/water selectie. Ook hier kan op gelijke manier een koeltoepassing voorzien worden voor de zomer.



Warmtepomp met bron grondwater. 


Warmtepomp met bron bodemwarmte.

Bronnen:
SenterNovem
Informatie Centrum Duurzame Energie (IDE)
Hendrik Brits - BE