Verwarmen en koelen met een warmtepomp - Deel 1

Invoering

Als u mogelijkheden onderzoekt om uw huis te verwarmen en te koelen of uw energierekening te verlagen, kunt u een warmtepompsysteem overwegen. Warmtepompen zijn in Canada een beproefde en betrouwbare technologie die het hele jaar door comfortcontrole voor uw huis kan bieden door warmte te leveren in de winter, te koelen in de zomer en, in sommige gevallen, warm water voor uw huis te verwarmen.

Warmtepompen kunnen een uitstekende keuze zijn in een verscheidenheid aan toepassingen, en voor zowel nieuwe woningen als renovaties van bestaande verwarmings- en koelsystemen. Ze zijn ook een optie bij het vervangen van bestaande airconditioningsystemen, omdat de extra kosten om over te stappen van een systeem dat alleen koelt naar een warmtepomp vaak vrij laag zijn. Gezien de rijkdom aan verschillende systeemtypes en opties, kan het vaak lastig zijn om te bepalen of een warmtepomp de juiste optie is voor uw woning.

Als u een warmtepomp overweegt, heeft u waarschijnlijk een aantal vragen, waaronder:

• Welke soorten warmtepompen zijn er?
• Hoeveel van mijn jaarlijkse verwarmings- en koelingsbehoeften kan een warmtepomp voorzien?
• Welk formaat warmtepomp heb ik nodig voor mijn woning en toepassing?
• Hoeveel kosten warmtepompen vergeleken met andere systemen en hoeveel kan ik besparen op mijn energierekening?
• Moet ik nog meer aanpassingen aan mijn woning doen?
• Hoeveel onderhoud heeft het systeem nodig?

Dit boekje bevat belangrijke feiten over warmtepompen, zodat u beter geïnformeerd bent en u kunt ondersteunen bij het maken van de juiste keuze voor uw huis. Met deze vragen als leidraad beschrijft dit boekje de meest voorkomende typen warmtepompen en bespreekt het de factoren die een rol spelen bij het kiezen, installeren, bedienen en onderhouden van een warmtepomp.

Beoogde doelgroep

Dit boekje is bedoeld voor huiseigenaren die op zoek zijn naar achtergrondinformatie over warmtepomptechnologieën om weloverwogen besluitvorming te ondersteunen met betrekking tot systeemselectie en -integratie, bediening en onderhoud. De hier verstrekte informatie is algemeen en specifieke details kunnen variëren, afhankelijk van uw installatie en systeemtype. Dit boekje is geen vervanging voor het werken met een aannemer of energieadviseur, die ervoor zorgt dat uw installatie voldoet aan uw wensen en gewenste doelstellingen.

Een opmerking over energiebeheer in huis

Warmtepompen zijn zeer efficiënte verwarmings- en koelsystemen en kunnen uw energiekosten aanzienlijk verlagen. Als u de woning als een systeem beschouwt, wordt aanbevolen om de warmteverliezen van uw woning te minimaliseren uit gebieden zoals luchtlekkage (door kieren, gaten), slecht geïsoleerde muren, plafonds, ramen en deuren.

Als u deze problemen eerst aanpakt, kunt u een kleinere warmtepomp gebruiken, waardoor de kosten voor warmtepompapparatuur worden verlaagd en uw systeem efficiënter kan werken.

Bij Natural Resources Canada zijn een aantal publicaties verkrijgbaar waarin wordt uitgelegd hoe u dit kunt doen.

Wat is een warmtepomp en hoe werkt deze?

Warmtepompen zijn een beproefde technologie die al tientallen jaren wordt gebruikt, zowel in Canada als wereldwijd, om gebouwen efficiënt te voorzien van verwarming, koeling en in sommige gevallen van warm water. Het is zelfs waarschijnlijk dat u dagelijks met warmtepomptechnologie in aanraking komt: koelkasten en airconditioners werken volgens dezelfde principes en technologie. In dit gedeelte worden de basisprincipes van de werking van een warmtepomp beschreven, en worden verschillende systeemtypen geïntroduceerd.

Basisconcepten van warmtepompen

Een warmtepomp is een elektrisch aangedreven apparaat dat warmte onttrekt aan een plaats met een lage temperatuur (een bron) en deze aflevert aan een plaats met een hogere temperatuur (een gootsteen).

Om dit proces te begrijpen, moet u eens denken aan een fietstocht over een heuvel: er is geen inspanning nodig om van de top van de heuvel naar de bodem te gaan, omdat de fiets en de berijder zich op natuurlijke wijze van een hoge naar een lagere plek zullen verplaatsen. Het beklimmen van een heuvel vergt echter veel meer werk, omdat de fiets tegen de natuurlijke bewegingsrichting in beweegt.

Op een vergelijkbare manier stroomt warmte op natuurlijke wijze van plaatsen met een hogere temperatuur naar locaties met lagere temperaturen (in de winter gaat de warmte van binnenuit het gebouw bijvoorbeeld verloren naar buiten). Een warmtepomp gebruikt extra elektrische energie om de natuurlijke warmtestroom tegen te gaan en de beschikbare energie op een koudere plek naar een warmere plek te pompen.

Hoe verwarmt of koelt een warmtepomp uw huis? Wanneer energie aan een bron wordt onttrokken, wordt de temperatuur van de bron verlaagd. Als de woning als bron wordt gebruikt, wordt thermische energie verwijderd, waardoor deze ruimte wordt gekoeld. Dit is hoe een warmtepomp werkt in de koelmodus, en dit is hetzelfde principe dat wordt gebruikt door airconditioners en koelkasten. Op dezelfde manier stijgt de temperatuur van een gootsteen als er energie aan een gootsteen wordt toegevoegd. Als de woning als gootsteen wordt gebruikt, wordt thermische energie toegevoegd, waardoor de ruimte wordt verwarmd. Een warmtepomp is volledig omkeerbaar, wat betekent dat hij uw huis zowel kan verwarmen als koelen, waardoor u het hele jaar door comfort krijgt.

Bronnen en putten voor warmtepompen

Het selecteren van de bron en put voor uw warmtepompsysteem is een grote bijdrage aan het bepalen van de prestaties, kapitaalkosten en bedrijfskosten van uw systeem. Dit gedeelte geeft een kort overzicht van veel voorkomende bronnen en putten voor residentiële toepassingen in Canada.

Bronnen: Twee bronnen van thermische energie worden het meest gebruikt voor het verwarmen van huizen met warmtepompen in Canada:

• Luchtbron: De warmtepomp onttrekt warmte aan de buitenlucht tijdens het stookseizoen en voert warmte af naar buiten tijdens het zomerse koelseizoen.
• Het kan verrassend zijn om te weten dat zelfs als de buitentemperatuur koud is, er nog steeds veel energie beschikbaar is die kan worden gewonnen en aan het gebouw kan worden geleverd. De warmte-inhoud van lucht bij -18°C komt bijvoorbeeld overeen met 85% van de warmte die bij 21°C aanwezig is. Hierdoor kan de warmtepomp ook bij kouder weer voor een flink deel van de verwarming zorgen.
• Luchtbronsystemen zijn de meest voorkomende op de Canadese markt, met meer dan 700.000 geïnstalleerde eenheden in heel Canada.
• Dit type systeem wordt in meer detail besproken in het hoofdstuk Luchtwarmtepompen.
• Grondbron: Een grondwarmtepomp gebruikt de aarde, het grondwater of beide als warmtebron in de winter, en als reservoir om de warmte af te voeren die in de zomer uit het huis wordt verwijderd.
• Deze warmtepompen komen minder vaak voor dan luchtbronunits, maar worden in alle provincies van Canada steeds vaker gebruikt. Hun belangrijkste voordeel is dat ze niet onderhevig zijn aan extreme temperatuurschommelingen, waarbij de grond als constante temperatuurbron wordt gebruikt, wat resulteert in het meest energie-efficiënte type warmtepompsysteem.
• Dit type systeem wordt in meer detail besproken in het hoofdstuk Bodemwarmtepompen.

Spoelbakken: Twee putten voor thermische energie worden het meest gebruikt voor het verwarmen van huizen met warmtepompen in Canada:

• De binnenlucht wordt verwarmd door de warmtepomp. Dit kan gedaan worden door: Het water in het gebouw wordt verwarmd. Dit water kan vervolgens worden gebruikt om terminalsystemen zoals radiatoren, een vloerverwarming of ventilatorconvectoren via een hydronisch systeem te bedienen.
  • Een centraal kanaalsysteem of
  • Een kanaalloze binnenunit, zoals een aan de muur gemonteerde unit.

Een inleiding tot de efficiëntie van warmtepompen

Ovens en ketels zorgen voor ruimteverwarming door warmte aan de lucht toe te voegen door de verbranding van een brandstof zoals aardgas of stookolie. Hoewel de efficiëntie voortdurend is verbeterd, blijft deze nog steeds onder de 100%, wat betekent dat niet alle beschikbare energie uit de verbranding wordt gebruikt om de lucht te verwarmen.

Warmtepompen werken volgens een ander principe. De elektriciteitsinvoer in de warmtepomp wordt gebruikt om thermische energie tussen twee locaties over te dragen. Hierdoor kan de warmtepomp efficiënter werken, met typische rendementen ruim boven

100%, dat wil zeggen dat er meer thermische energie wordt geproduceerd dan de hoeveelheid elektrische energie die wordt gebruikt om deze te pompen.

Het is belangrijk op te merken dat het rendement van de warmtepomp sterk afhankelijk is van de temperaturen van de bron en put. Net zoals een steilere heuvel meer inspanning vereist om op de fiets te klimmen, zorgen grotere temperatuurverschillen tussen de bron en de put van de warmtepomp ervoor dat deze harder moet werken, wat de efficiëntie kan verminderen. Het bepalen van de juiste maat warmtepomp om de seizoensefficiëntie te maximaliseren is van cruciaal belang. Deze aspecten worden in meer detail besproken in de paragrafen Luchtwarmtepompen en Grondwarmtepompen.

Efficiëntieterminologie

In de catalogi van fabrikanten wordt een verscheidenheid aan efficiëntiegegevens gebruikt, waardoor het begrijpen van de systeemprestaties enigszins verwarrend kan zijn voor een eerste koper. Hieronder vindt u een overzicht van enkele veelgebruikte efficiëntietermen:

Steady-State-metrieken: Deze metingen beschrijven de efficiëntie van de warmtepomp in een 'steady-state', dat wil zeggen zonder reële schommelingen in seizoen en temperatuur. Als zodanig kan hun waarde aanzienlijk veranderen naarmate de bron- en puttemperaturen en andere operationele parameters veranderen. Steady state-statistieken omvatten:

Prestatiecoëfficiënt (COP): De COP is de verhouding tussen de snelheid waarmee de warmtepomp thermische energie overdraagt ​​(in kW) en de hoeveelheid elektrisch vermogen die nodig is om te pompen (in kW). Als een warmtepomp bijvoorbeeld 1 kW elektrische energie zou gebruiken om 3 kW warmte over te dragen, zou de COP 3 zijn.

Energie-efficiëntieverhouding (EER): De EER is vergelijkbaar met de COP en beschrijft de steady-state koelefficiëntie van een warmtepomp. Deze wordt bepaald door het koelvermogen van de warmtepomp in Btu/h te delen door de elektrische energie-input in Watt (W) bij een bepaalde temperatuur. EER wordt strikt geassocieerd met het beschrijven van de steady-state koelefficiëntie, in tegenstelling tot COP, die kan worden gebruikt om de efficiëntie van een warmtepomp bij zowel verwarming als koeling uit te drukken.

Seizoensgebonden prestatiestatistieken: Deze metingen zijn ontworpen om een ​​betere schatting te geven van de prestaties gedurende een verwarmings- of koelseizoen, door rekening te houden met ‘echte’ temperatuurvariaties gedurende het seizoen.

Seizoensstatistieken omvatten:

• Seizoensprestatiefactor voor verwarming (HSPF): HSPF is de verhouding tussen de hoeveelheid energie die de warmtepomp aan het gebouw levert gedurende het volledige verwarmingsseizoen (in Btu) en de totale energie (in wattuur) die in dezelfde periode wordt verbruikt.

Bij de berekening van de HSPF worden weergegevenskenmerken van klimaatomstandigheden op de lange termijn gebruikt om het stookseizoen weer te geven. Deze berekening is echter doorgaans beperkt tot één regio en vertegenwoordigt mogelijk niet volledig de prestaties in heel Canada. Sommige fabrikanten kunnen op verzoek een HSPF voor een andere klimaatregio leveren; typisch worden echter HSPF's gerapporteerd voor Regio 4, die klimaten vertegenwoordigen die vergelijkbaar zijn met die in het Middenwesten van de VS. Regio 5 zou het grootste deel van de zuidelijke helft van de provincies in Canada bestrijken, van het binnenland van BC tot New Brunswick (voetnoot 1).

• Seasonal Energy Efficiency Ratio (SEER): SEER meet de koelefficiëntie van de warmtepomp over het gehele koelseizoen. Deze wordt bepaald door de totale geleverde koeling over het koelseizoen (in Btu) te delen door het totale energieverbruik van de warmtepomp gedurende die tijd (in Watturen). De SEER is gebaseerd op een klimaat met een gemiddelde zomertemperatuur van 28°C.

Belangrijke terminologie voor warmtepompsystemen

Hier zijn enkele veelvoorkomende termen die u tegen kunt komen bij het onderzoeken van warmtepompen.

Onderdelen van het warmtepompsysteem

Het koudemiddel is de vloeistof die door de warmtepomp circuleert en afwisselend warmte absorbeert, transporteert en weer afgeeft. Afhankelijk van de locatie kan de vloeistof vloeibaar, gasvormig of een gas/dampmengsel zijn

De omkeerklep regelt de stroomrichting van het koudemiddel in de warmtepomp en verandert de warmtepomp van verwarmen naar koelen of omgekeerd.

Een spiraal is een lus of lussen van buizen waar warmteoverdracht tussen de bron/put en het koelmiddel plaatsvindt. De buis kan vinnen hebben om het beschikbare oppervlak voor warmte-uitwisseling te vergroten.

De verdamper is een spiraal waarin het koelmiddel warmte uit de omgeving absorbeert en kookt tot een lage temperatuurdamp. Terwijl het koelmiddel van de omkeerklep naar de compressor stroomt, verzamelt de accumulator overtollige vloeistof die niet in een gas is verdampt. Niet alle warmtepompen beschikken echter over een accumulator.

De compressor perst de moleculen van het koelgas samen, waardoor de temperatuur van het koelmiddel stijgt. Dit apparaat helpt thermische energie over te dragen tussen de bron en de gootsteen.

De condensor is een spiraal waarin het koelmiddel warmte afgeeft aan de omgeving en vloeibaar wordt.

Het expansieapparaat verlaagt de druk die door de compressor wordt gecreëerd. Hierdoor daalt de temperatuur en wordt het koelmiddel een damp/vloeistofmengsel op lage temperatuur.

De buitenunit is de plaats waar warmte wordt overgedragen van/naar de buitenlucht in een luchtwarmtepomp. Deze unit bevat doorgaans een warmtewisselaarspiraal, de compressor en het expansieventiel. Het ziet er hetzelfde uit en werkt op dezelfde manier als het buitengedeelte van een airconditioner.

De binnenspiraal is de plek waar warmte wordt overgedragen van/naar de binnenlucht in bepaalde typen luchtwarmtepompen. Over het algemeen bevat de binnenunit een warmtewisselaarspiraal en kan ook een extra ventilator bevatten om verwarmde of gekoelde lucht naar de verblijfsruimte te laten circuleren.

Het plenum, alleen te zien in kanaalinstallaties, maakt deel uit van het luchtdistributienetwerk. Het plenum is een luchtcompartiment dat deel uitmaakt van het systeem voor het distribueren van verwarmde of gekoelde lucht door de woning. Het is doorgaans een groot compartiment direct boven of rond de warmtewisselaar.

Andere termen

Meeteenheden voor capaciteit of stroomverbruik:

• Een Btu/h, of Britse thermische eenheid per uur, is een eenheid die wordt gebruikt om de warmteafgifte van een verwarmingssysteem te meten. Eén Btu is de hoeveelheid warmte-energie die wordt afgegeven door een typische verjaardagskaars. Als deze warmte-energie in de loop van één uur zou vrijkomen, zou dit het equivalent zijn van één Btu/uur.
• Een kW, of kilowatt, is gelijk aan 1000 watt. Dit is de hoeveelheid stroom die tien gloeilampen van 100 watt nodig hebben.
• Een ton is een maatstaf voor de capaciteit van een warmtepomp. Dit komt overeen met 3,5 kW of 12.000 Btu/h.

Luchtbronwarmtepompen

Luchtwarmtepompen gebruiken de buitenlucht als bron van thermische energie in de verwarmingsmodus, en als put om energie af te stoten in de koelmodus. Dit soort systemen kunnen over het algemeen in twee categorieën worden ingedeeld:

Lucht-lucht warmtepompen. Deze units verwarmen of koelen de lucht in uw huis en vertegenwoordigen de overgrote meerderheid van de lucht-warmtepompintegraties in Canada. Ze kunnen verder worden geclassificeerd op basis van het type installatie:

• Kanaal: De binnenspiraal van de warmtepomp bevindt zich in een kanaal. Lucht wordt verwarmd of gekoeld door over de spiraal te gaan, voordat deze via het kanaalwerk naar verschillende locaties in het huis wordt gedistribueerd.
• Kanaalloos: De binnenspiraal van de warmtepomp bevindt zich in een binnenunit. Deze binnenunits bevinden zich doorgaans op de vloer of muur van een verblijfsruimte en verwarmen of koelen de lucht in die ruimte direct. Onder deze eenheden kunt u de termen mini- en multi-split tegenkomen:
  • Mini-Split: Eén binnenunit bevindt zich in de woning en wordt bediend door één enkele buitenunit.
  • Multi-Split: Meerdere binnenunits bevinden zich in het huis en worden bediend door één enkele buitenunit.

Lucht-luchtsystemen zijn efficiënter als het temperatuurverschil tussen binnen en buiten kleiner is. Daarom proberen lucht-luchtwarmtepompen over het algemeen hun efficiëntie te optimaliseren door een groter volume warme lucht te leveren en die lucht tot een lagere temperatuur te verwarmen (normaal gesproken tussen 25 en 45 °C). Dit in tegenstelling tot ovensystemen, die een kleiner luchtvolume leveren, maar die lucht verwarmen tot hogere temperaturen (tussen 55°C en 60°C). Als u vanuit een CV-ketel overstapt op een warmtepomp, kunt u dit merken als u uw nieuwe warmtepomp in gebruik neemt.

Lucht-water-warmtepompen: Minder gebruikelijk in Canada, lucht-water-warmtepompen verwarmen of koelen water en worden gebruikt in huizen met hydronische (op water gebaseerde) distributiesystemen zoals lagetemperatuurradiatoren, vloerverwarming of ventilatorconvectoren. In de verwarmingsmodus levert de warmtepomp thermische energie aan het hydronische systeem. Dit proces wordt omgekeerd in de koelmodus, en thermische energie wordt onttrokken aan het hydronische systeem en afgevoerd naar de buitenlucht.

Bedrijfstemperaturen in het hydronische systeem zijn van cruciaal belang bij de evaluatie van lucht-water-warmtepompen. Lucht-water-warmtepompen werken efficiënter bij het verwarmen van water tot lagere temperaturen, dat wil zeggen onder de 45 tot 50°C, en passen daarom beter bij vloerverwarming of ventilatorconvectoren. Voorzichtigheid is geboden bij het gebruik ervan bij hogetemperatuurradiatoren die een watertemperatuur boven de 60°C vereisen, aangezien deze temperaturen over het algemeen de limieten van de meeste residentiële warmtepompen overschrijden.

Belangrijkste voordelen van luchtwarmtepompen

Het installeren van een luchtwarmtepomp kan u een aantal voordelen bieden. In dit gedeelte wordt onderzocht hoe luchtwarmtepompen de energievoetafdruk van uw huishouden kunnen verbeteren.

Efficiëntie

Het grote voordeel van het gebruik van een luchtwarmtepomp is het hoge rendement dat deze kan bieden bij verwarming in vergelijking met typische systemen zoals ovens, boilers en elektrische plinten. Bij 8°C ligt de prestatiecoëfficiënt (COP) van luchtwarmtepompen doorgaans tussen 2,0 en 5,4. Dit betekent dat voor units met een COP van 5, 5 kilowattuur (kWh) warmte wordt overgedragen voor elke kWh elektriciteit die aan de warmtepomp wordt geleverd. Naarmate de temperatuur van de buitenlucht daalt, zijn de COP’s lager, omdat de warmtepomp over een groter temperatuurverschil tussen de binnen- en buitenruimte moet werken. Bij –8°C kan de COP variëren van 1,1 tot 3,7.

Op seizoensbasis kan de seizoensprestatiefactor voor verwarming (HSPF) van op de markt verkrijgbare eenheden variëren van 7,1 tot 13,2 (Regio V). Het is belangrijk op te merken dat deze HSPF-schattingen gelden voor een gebied met een klimaat vergelijkbaar met dat van Ottawa. De daadwerkelijke besparing is sterk afhankelijk van de locatie van uw warmtepompinstallatie.

Energiebesparingen

Het hogere rendement van de warmtepomp kan zich vertalen in een aanzienlijke vermindering van het energieverbruik. De daadwerkelijke besparingen in uw huis zijn afhankelijk van een aantal factoren, waaronder uw plaatselijke klimaat, de efficiëntie van uw huidige systeem, de grootte en het type warmtepomp en de regelstrategie. Er zijn veel online calculators beschikbaar waarmee u snel kunt inschatten hoeveel energiebesparing u voor uw specifieke toepassing kunt verwachten. De ASHP-Eval-tool van NRCan is gratis verkrijgbaar en kan door installateurs en mechanische ontwerpers worden gebruikt om u te helpen bij het adviseren over uw situatie.

Hoe werkt een luchtwarmtepomp?

Vertaling

Een luchtwarmtepomp kent drie cycli:

• De verwarmingscyclus: het leveren van thermische energie aan het gebouw
• De koelcyclus: het verwijderen van thermische energie uit het gebouw
• De ontdooicyclus: het verwijderen van rijp
• opbouw op buitenbatterijen

De verwarmingscyclus

Opmerking:

Een deel van de artikelen is van internet gehaald. Als er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen. Als u geïnteresseerd bent in warmtepompproducten, neem dan gerust contact op met het OSB-warmtepompbedrijf, wij zijn uw beste keuze.