Warmtepompen


Warmtepompen zorgen ervoor dat warmte van lage temperatuur, bijvoorbeeld uit de omgeving, op een hogere temperatuur wordt gebracht. Warmtepompen kunnen ook dienst doen als koelmachine. In het laatste geval is het handhaven van de lage temperatuur het doel, denk hierbij aan een koelkast waarbij de verwarmde lucht aan de achterkant van de koelkast wordt afgevoerd. Schematisch kan een compressiewarmtepomp worden weergegeven zoals in onderstaande figuur.


Schematische weergave van een compressiewarmtepomp.

In werkelijkheid bestaat een compressiewarmtepomp uit een verdamper (waar de warmte van lage temperatuur wordt opgenomen), een compressor (waarmee de druk verhoogd wordt), een condensor (waar de warmte van hoge temperatuur wordt afgegeven) en een smoorventiel (waarmee de druk weer verlaagd wordt tot de begindruk). Het rendement van een compressiewarmtepomp, niet zijnde een koelmachine, is gedefinieerd als de geproduceerde hoeveelheid warmte van hoge temperatuur gedeeld door de benodigde arbeid om de warmtepomp te bedrijven. Dit rendement wordt de ‘coefficient of performance’ (COP) van een warmtepomp genoemd, in formulevorm:

$$ η_{\wp} = {\COP} ≡ {Q_\H} / {W} $$
De COP van een warmtepomp is altijd groter dan 1, d.w.z. groter dan 100%. Dit komt doordat de toegevoerde warmte van lage temperatuur niet wordt meegerekend bij de bepaling van het rendement. Uit de eerste hoofdwet en de Carnot-vergelijkingen is af te leiden dat voor het maximale (= theoretische) rendement van een compressiewarmtepomp onderstaande formule geldt. Het maximale rendement van een compressiewarmtepomp, niet zijnde een koelmachine, is dus gelijk aan het omgekeerde Carnot-rendement:

$$ η_{\wp,\max} = {1} / {1 - {T_\L} / {T_\H}} $$
Het verschil tussen werkelijk en theoretisch rendement wordt met name veroorzaakt doordat de expansie in het smoorventiel niet-omkeerbaar verloopt. Ook de compressiestap is niet-omkeerbaar en daarnaast zijn er temperatuurverschillen nodig in verdamper en condensor.

Bij warmtepomp die dienst doet als koelmachine wordt het rendement gedefinieerd als de hoeveelheid warmte onttrokken aan de te koelen ruimte gedeeld door de daarvoor benodigde arbeid:

$$ η_{\km} ≡ {Q_\L} / {W} $$
Het maximale rendement van een koelmachine is:

$$ η_{\km,\max} = {T_\L} / {T_\H - T_\L} $$
Er bestaan twee soorten warmtepompen: compressiewarmtepompen en absorptie­warmtepompen.

Compressiewarmtepompen


De compressor van compressiewarmtepompen kan aangedreven worden door een gasgestookte of een elektrische motor. Het medium dat de kringloop doorloopt wordt arbeidsmedium genoemd en in het geval van een koelmachine ook wel koudemiddel. Een voorbeeld van een koudemiddel is ammoniak (NH3).

Absorptiewarmtepompen


Bij absorptiewarmtepompen is geen compressor aanwezig. De warmtepomp wordt in dit geval aangedreven door thermische energie (warmte). De compressor is in dit geval vervangen door een tweede kringloop, ook wel oplossingskringloop genoemd, waarin zich een generator en een absorber bevinden.

Het kringloopmedium dat door de verdamper en condensor, de koudekringloop, stroomt is bijvoorbeeld ammoniak. In de absorber lost het ammoniakgas dat uit de verdamper komt op in water. Bij dit oplossen komt warmte vrij met dezelfde temperatuur als de warmte die vrijkomt uit de condensor. Het ammoniak/water mengsel wordt door middel van een vloeistofpomp in druk verhoogd en naar de generator gevoerd. In de generator wordt warmte toegevoerd waardoor het ammoniak uit het mengsel verdampt. De ammoniakdamp gaat naar de condensor en het water wordt na het verlagen van de druk via een smoorventiel weer teruggevoerd naar de absorber.

De totale hoeveelheid geleverde warmte bestaat dus uit de warmte die vrijkomt bij condensor en absorber.

Achtergrondinformatie


warmtepompenw (werkingsprincipe)
warmtepompenw (idem, ook verschillende soorten)

Laatste wijziging: 29-09-2022
Creative Commons-Licentie
Deze publicatie valt onder een Creative Commons licentie. Zie hiervoor het colofon.