Inhoudstafel
Welke types warmtepompen bestaan er?
Warmtepompen worden ingedeeld op basis van de aard van hun koude en warmtebronnen .
Afhankelijk van het type is er al dan niet een secundaire vloeistof op het niveau van de verdamper en/of dat van de condensor. Deze secundaire vloeistof circuleert in een tweede circuit dat zijn warmte via een wisselaar uitwisselt met de warmtepomp.
Voorbeeld:
- een lucht/water warmtepomp brengt de warmte via een intermediaire wisselaar ter hoogte van de condensor naar een secundair watercircuit dat bijv. radiatoren voedt;
een bodem/water warmtepomp met glycolwater als vloeistof in de verdamper
- haalt de warmte uit de bodem via een secundair circuit met glycolwater dat deze warmte ter hoogte van een wisselaar naar de verdamper van de warmtepomp overbrengt,
- brengt de warmte via een andere wisselaar ter hoogte van de condensor naar een secundair watercircuit dat bijv. radiatoren voedt.
Afhankelijk van het geval zijn er dus geen, één of twee secundaire circuits . Als er geen secundair circuit is, hebben we het over een warmtepomp met directe expansie . Zo bestaan er bodem/bodem WP's waarbij de vloeistof van de koudebron direct naar de warmtebron gaat, zonder intermediaire wisselaars. Deze WP's halen een hogere COP.
De water/water WP's zijn onderworpen aan een streng vergunningenstelsel en een milieueffectenstudie.
De volgende tabel toont de verschillende soorten warmtepompen.
Wat de terminologie in deze Gids aangaat: de benaming van de koudebronnen komt overeen met de omgeving waaruit de warmte wordt geput, en niet met de aard van de eventuele secundaire vloeistof ter hoogte van de verdamper. Voorbeeld: een warmtepomp waarvan de secundaire vloeistof aan verdamperzijde glycolwater is dat een secundair circuit in de bodem doorloopt, en waarvan de warmtebron water is, noemen we een ‘bodem/water WP'.
De verschillende soorten warmtepompen volgens de types warmte- en koudebron en de eventuele secundaire vloeistoffen
| Warmtebron (de te verwarmen omgeving) | Lucht (lucht in het te verwarmen lokaal) | Water (SWW) | Bodem (vloer van het te verwarmen lokaal) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Secundaire vloeistof condensor | - | Water | Koelmiddel | - | Water | - | |||
| Koudebron (afgekoelde omgeving) | Secundaire vloeistof verdamper | ||||||||
| Lucht | Buitenlucht | - | Lucht/Lucht Directe expansie | Lucht/Water Secundaire vloeistof condensor | - | Lucht/Water Directe expansie | - | - | |
| Afgevoerde lucht | |||||||||
| Water | Grondwater | - | Water/Lucht Directe expansie | Water/Lucht Secundaire vloeistof condensor | - | Water/Water Directe expansie | - | - | |
| Oppervlaktewater | |||||||||
| Bodem | Glycolwater | - | Bodem/Lucht Secundair circuit verdamper + secundair circuit condensor | Bodem/Lucht Secundair circuit verdamper + secundair circuit condensor | Bodem/Water Secundair circuit verdamper | - | - | ||
| Zoutoplossing | |||||||||
| Koelmiddel | |||||||||
| - | - | - | - | - | Bodem/Bodem Secundair circuit verdamper | Bodem/Bodem Directe expansie | |||
De verschillende soorten warmtepompen volgens de types koude- en warmtebron en de eventuele secundaire vloeistoffen
De elektrische lucht/water warmtepompen met compressie zijn technologisch uitermate ontwikkelde systemen; ze zijn ook het meest verspreid. De bodem/water WP's met ondergrondse koudebron (en waarvan de vloeistof in de verdamper glycolwater of een zoutoplossing is), kennen een almaar sterkere ontwikkeling.
De norm NBN EN 15450 omvat de aspecten met betrekking tot de conceptie van de verwarmingssystemen met warmtepomp. Noteer dus ook dat de systemen die in de eerste plaats voor koeling dienen, en de reversibele systemen niet worden gedekt door deze norm.
Soorten circuits (kringlopen)
De WP's kunnen gebruik maken van:
- een secundaire vloeistof :
Schema van de circuits (kringlopen)
De koelmiddel circuleert in een gesloten lus in het captatienet (sonde en verdamper), de compressor, de condensor en het expansieventiel van de WP. Een secundaire warmtegeleidend fluïdum (meestal water) circuleert in gesloten lus tussen de condensor en de warmteafgifte.
Dat is bijvoorbeeld het geval bij de lucht/water WP's of de bodem/water WP's waarin meestal een secundair circuit is tussengeplaatst tussen de condensor en de warmtebron.
- twee secundaire stromen (WP met intermediaire stromen):
Schema van de circuits van een WP met secundaire stromen
In de WP's met secundaire vloeistoffen circuleert de koelmiddel in gesloten circuit, uitsluitend in de verdamper, de compressor, de condensor en het expansieventiel van de WP. Een secundaire warmtegeleidend fluïdum (meestal water) circuleert in gesloten lus tussen de condensor en de warmteafgifte. Glycolwater of een zoutoplossing circuleert in gesloten lus in een derde circuit tussen de sonde (in de bodem) en de verdamper.
Dat is bijv. het geval bij de bodem/water WP's .
- geen enkele secundaire vloeistof (WP met directe expansie):
Schema van de circuits van een WP met directe expansie
In de WP's met directe expansie is de koelmiddel de enige gebruikte vloeistof . De verdamper speelt de rol van thermische sonde, in direct contact met de koudebron. De condensor is tegelijk ook de warmteafgifte, in direct contact met de warmtebron.
Dat is bijvoorbeeld het geval met de lucht/lucht, bodem/lucht en bodem/bodem WP's.
Voor welke werkingsmodus van warmtepomp moet u kiezen?
Vooraleer zich aan de keuze van een warmtepompmodel te wagen, moet men absoluut eerst beslissen over de werkingsmodus ervan . Afhankelijk van de gekozen werkingsmodus varieert het gedeelte van de jaarlijkse warmtebehoefte dat de warmtepomp zal dekken.
Deze keuze is uiteraard essentieel voor de dimensionering van de warmtepomp.
Werkingsmodi van warmtepompen
De volgende tabel toont de 4 typische werkingsmodi van een warmtepomp. Elke werkingsmodi heeft voordelen en nadelen.
Typische werkingsmodi van een warmtepomp
| Werkingsmodus | Warmteproducent | Werkingsprincipe |
|---|---|---|
| Monovalent | Alleen WP | De WP werkt altijd als preferentiële en unieke warmteproducent Veeleer te reserveren voor perfect geïsoleerde gebouwen |
| Mono-energetisch | WP + elektrische hulpverwarming | De WP werkt alleen tot een punt van evenwicht bereikt is. Onder een welbepaalde buitentemperatuur levert een elektrische weerstand aanvullende warmte aan een accumulator, of via radiatoren of ventilator-convectoren De tweede warmtebron gebruikt dus dezelfde energievector als de eerste: elektriciteit |
| Bivalent | Voor grotere nuttige warmtevermogens tegenover het beschikbare vermogen op het niveau van de koudebron, of voor werkingstemperaturen boven 50 °C is meestal een hulpverwarming (cv-ketel,…) nodig; het verwarmingssysteem werkt dan in bivalente modus Het bivalentiepunt (of de bivalentietemperatuur) is de temperatuur waarop men overschakelt van WP naar cv-ketel of omgekeerd Er zijn hier 2 varianten mogelijk: bivalent-alternatieve en bivalent-parallel | |
| Bivalent-alternatieve | WP + cv-ketel | De WP werkt alleen tot het bivalentiepunt. Onder deze buitentemperatuur wordt de volledige vraag naar warmte gedekt door een cv-ketel die het overneemt van de WP. |
| Bivalent-parallel | WP + cv-ketel | De WP werkt alleen tot het bivalentiepunt. Onder deze buitentemperatuur blijft de WP gedeeltelijk werken, en wordt de aanvullende warmte geleverd door een cv-ketel. |
Voordelen en nadelen van de werkingsmodi van de warmtepompen
De volgende tabel toont de voordelen en nadelen van de 4 mogelijke werkingsmodi van warmtepompen.
Voordelen en nadelen van de verschillende WP- werkingsmodi
| Vergelijking WP | Voordelen | Nadelen |
|---|---|---|
| Monovalente werking | Bij een energiegerichte renovatie van het gebouw is het mogelijk om de cv-ketel zonder meer te vervangen. Kleinste startinvestering | Omgekeerde evolutie van de temperatuur van de verwarmingsbron en de temperatuur van het verwarmingssysteem: het stookvermogen vermindert wanneer de warmtebehoeften stijgen Overgedimensioneerde WP tijdens een gedeelte van het stookseizoen, want dimensionering voorzien om de totaliteit van de thermische verliezen van het gebouw te dekken bij een gegeven buitentemperatuur De SPFreëel zakt ineen onder een buitenluchttemperatuur van £ 5°C. Dit vermindert de globale prestaties op jaarbasis van het systeem SWW-productie buiten periodes waarin verwarming wordt gevraagd om de overdimensionering te beperken |
| Mono-energetische werking | Startinvestering nauwelijks hoger dan voor een monovalent systeem. Behoud van comfort tijdens ontdooiingscycli en vriesperiodes, wanneer een krap bemeten WP niet 100% van de verwarmingsvraag dekt. | Risico van overbelasting van het netwerk. Elektriciteitsverbruik niet beheerst. Vermindering van de prestatie op jaarbasis van het geheel (daling van de SPFreëel ) |
| Bivalente werking | Aangepast aan de verwarming van een brede waaier van gebouwen: eengezinswoningen, collectieve woongebouwen, ziekenhuizen, scholen, kantoren, industriële gebouwen… | Grotere startinvestering (condensatieketel ter ondersteuning) |
| Alternatieve bivalente werking | Eenvoudige regeling. | Warmteproductie door de WP kleiner dan bij parallelle bivalente werking. |
| Parallelle bivalente werking | Grotere warmtebehoeften kunnen gedekt worden. De hulpverwarming verbruikt minder energie. | De besturing van de voedingstemperatuur moet exact afgesteld zijn op de instelling van de WP. Dit is soms moeilijk. |
Keuze van de werkingsmodus volgens de aard van het project
In het residentiële sector moet – voor zover de warmtebehoeften zeer beperkt zijn – de voorkeur gaan naar één WP, werkend in monovalente of mono-energetische modus, met een buffervat, rekening houdend met een eventueel te dekken behoefte aan sanitair warm water met een temperatuur boven 50°C. Merk op dat de compressors van WP's met beperkt vermogen minder efficiënt zijn. (Het rendement van asynchrone motoren stijgt proportioneel met hun vermogen.)
In het tertiaire sector compenseert de interne winsten meestal het tijdelijke verlies aan vermogen dat verbonden is met de ontdooiingscycli. Dit geldt des te meer in het geval van een omkeerbare WP die werd gedimensioneerd op basis van de koudebehoeften van het gebouw, wat zich meestal vertaalt in een overdimensionering van het warmtevermogen. In dat geval is een WP-werking in mono-energetische modus, met elektrische hulpverwarming niet gerechtvaardigd.
In een bivalent systeem (meest courant in tertiaire gebouwen) wordt de dimensionering geoptimaliseerd op basis van de keuze van het vermogen van de warmtepomp in verhouding tot dat van de hulpverwarming die bijspringt bij grote koude. De ontwerper bepaalt hiertoe de temperaturen voor dimensionering, bivalentie en de verwarmingslimiet.
De bestemming van het gebouw is ook bepalend voor het te dekken type energiebehoeften, en vandaar de specificiteit van het te voorziene warmtepompdispositief om de diverse functies (verwarming, SWW, koude) te verzorgen.
Specificiteit van de WP volgens de bestemming van het gebouw
| Bestemming | Energiebehoefte | Specificiteit van de WP |
|---|---|---|
| Residentieel (eengezinswoning) | Verwarming SWW | Monovalent of Bivalent Hoge temperatuur |
| Collectieve woningen | Verwarming SWW [Verfrissing] | Bivalent Hoge temperatuur Omkeerbaar |
| Klein tertiair (dienstengebouwen, KMO, handelszaken,…) | Verwarming Koude | Bivalent Omkeerbaar |
| Groot tertiair (ziekenhuizen, grote hotels,…) | Verwarming SWW Koude | Bivalent Hoge temperatuur Omkeerbaar |
| Industrie en commerciële koude | Verwarming Koude | Bivalent Omkeerbaar |
Voor welk type montage van de warmtepomp moet u kiezen?
In het geval van een lucht/water-warmtepomp: lees de uitleg voor de lucht/water-warmtepomp.
Welke energiebron voor compressie gebruiken?
Er bestaan 2 WP-families:
- elektrische warmtepompen met compressie;
gas warmtepompen , met een onderscheid tussen:
- de warmtepompen met compressie (motor);
- de warmtepompen met absorptie;
- de warmtepompen met adsorptie (niet behandeld in dit dispositief. Meer informatie over deze laatste vindt u op de website Energie+ ).
Elektrische warmtepomp op compressie
Dit zijn de meest courante: een elektromotor staat in voor de compressie. Er bestaan verschillende modi wat compressie aangaat.
Voor informatie over de verschillende compressortechnologieën: website Energie+
Gas warmtepomp
Gas compressiewarmtepomp
Het bijzondere van de gas compressiewarmtepompen is het feit dat de compressor wordt aangedreven door een gas verbrandingsmotor.
Specifiek voor deze WP's is voorts dat de energie van de afkoeling van de verbrandingsmotor en van de verbrande gassen wordt gerecupereerd. Dit heeft twee gevolgen voor de prestaties en voor de werkingsmodaliteiten:
- In het stookseizoen dient de energierecuperatie voor het handhaven van het gewenste verwarmingsvermogen, zelfs bij zeer lage buitentemperatuur (zonder hulpverwarming tot -20°C). Sommige modellen hebben zelfs geen ontdooiingscyclus meer nodig.
- In klimatiseringsmodus kan deze energie opgewaardeerd worden, meestal voor de productie van sanitair warm water (SWW), zonder extra verbruik van aardgas. Volgens de constructeurs kan de globale doeltreffendheid in klimatisering en in SWW-productie een EER koeling (Energy Efficiency Ratio) van 2 halen (op COW (calorische onderwaarde)), of een elektrisch equivalente EER van 5.
Een gedetailleerde analyse van de gaswarmtepompen is beschikbaar op de website Energie+
Gasabsorptiewarmtepomp
De gasabsorptiewarmtepomp bestaat uit een "zwart circuit" dat een oplossing van water en ammoniak bevat (7 kg ammoniak voor ongeveer 10 kg water). De thermochemische eigenschappen van dit mengsel maken het mogelijk hoge prestaties te bereiken.
De pomp bestaat uit een generator die werkt op een gasbrander, een absorber, een verdamper en een condensor. Alle elementen van de warmtepomp met elektrische compressie zijn hier eveneens aanwezig, met uitzondering van de compressor: deze is niet elektrisch maar vervangen door een oplossing van water en ammoniak die bij hogere druk in de generator wordt gepompt door een pomp waarvan het geabsorbeerd vermogen veel lager is dan bij een compressor.
Werkingsschema van een gas WP
Bij deze absorptiereactie komt warmte vrij terwijl ook de zopas gevormde water-ammoniakoplossing haar calorieën afgeeft aan de warmwaterlus, vooraleer naar de kookbuis terug te keren voor een nieuwe cyclus.
De prestatie van de aerothermische gas WP's
Gasadsorptiewarmtepomp
Dit type gas WP wordt hier niet behandeld. Meer informatie over deze modellen is te vinden op de website Energie+
Keuze van de compressie-energiebron volgens bestemming van het gebouw
De keuze van de energiebron voor compressie kan worden ingegeven door de bestemming van het betrokken gebouw:
Residentieel en klein tertiair:
Voor deze bestemmingen wordt meestal gebruik gemaakt van de elektrische compressiewarmtepompen .
Middelgroot tertiair:
Voor deze bestemmingen (oppervlakken van 500 tot 5.000 m² in nieuwbouw of bestaande infrastructuren met behoeften inzake warmte én koude) wordt meer gekozen voor de compressiewarmtepomp, gevoed door aardgas . Het gaat meestal om types lucht/water waarvan het warmte/koude-vermogen meestal schommelt tussen 25 kWc/20 kWf en 85 kWc/70 kWf.
Groot tertiair, industriële en andere toepassingen:
In deze constructies vindt men hybride WP's met hoog elektrisch vermogen, van 100 tot 1000 kW. Deze units bestaan in versie lucht/water en water/water . Deze hybride warmtepompen bieden het voordeel dat ze op aardgas of netstroom draaien, afhankelijk van de beschikbaarheid, de exploitatiekosten, de respectieve rendementen op primaire energie van de verschillende energievectoren. Deze machines kunnen overigens gelijktijdig ijswater en warm water leveren, met rendementen tot 240 % tegen COW, voor specifieke toepassingen (ziekenhuizen, zwembaden,…).
Hybride WP EnerTermoPac – ETP
Schema van het volume van de installatie van een hybride WP volgens het elektrisch en warmtevermogen
Voor- en nadelen van de verschillende compressietypes
De volgende tabel toont de belangrijkste voordelen en nadelen van de verschillende compressietypes.
Voordelen en nadelen van de WP's volgens energiebron voor de compressie
| Voordelen | Nadelen | |
|---|---|---|
| Elektriciteit | Lagere kostprijs dan die van een gas-WP Breed productengamma | Conversie van elektriciteit naar warmte: weinig interessant in termen van primaire energie kWh is elektrisch duurder dan met gas |
| Gas | Betere CO 2 -balans dan condensatieketel Kan hogere temperatuur bereiken (70°C) en een sanitair volledig veilige SWW-productie verzorgen Ontdooiing gebeurt zonder omkering van de cyclus en zonder risico van comfortverlies voor de te verwarmen ruimtes De brander en de pomp zijn de enige mobiele componenten: er is dus minder onderhoud nodig en minder kans op defecten. | Een gasabsorptiewarmtepomp met absorptie kost duidelijk meer dan een condensatieketel en is ook duurder dan een elektrische WP. |
