De warmtepomp benut de laagwaardige warmte die in overvloed aanwezig is in de natuur: in de lucht, het water of de grond. De warmtepomp (en vandaar ook die naam) pompt de natuurlijke warmte op van een laag temperatuursniveau naar een hoger temperatuursniveau waarbij ze voor verwarmingsdoeleinden kan gebruikt worden.

Van theorie naar praktijk

De warmtepomptechnologie die wereldwijd het meest toegepast wordt, is gebaseerd op een kringloopproces met een elektrisch aangedreven compressor als eigenlijke «pomp». De gesloten kringloop bevat een koelmiddel als werkvloeistof en bestaat uit:

• een verdamper: hier wordt de warmte uit de natuur opgenomen waarbij de koelvloeistof overgaat van vloeibare naar gasvormige toestand;
• een compressor: zuigt de verdampte koelvloeistof op lage druk en lage temperatuur aan en perst deze samen tot hoge druk en hoge temperatuur;
• een condensor: hier wordt de warmte afgegeven aan het verwarmingssysteem waarbij de koelvloeistof opnieuw vloeibaar wordt;
• een expansieventiel verlaagt de druk van de koelvloeistof van condensatiedruk tot verdampingsdruk waarna de cyclus opnieuw begint.

De warmtepomptechnologie is er de laatste twee decennia aanzienlijk op vooruitgegaan: betere compressoren (scrolltype), betere warmtewisselaars (platenwarmtewisselaars), betere elektronische regelingen, betere pompen en ventilatoren. De thans gebruikte koelmiddelen zijn bovendien CFK-vrij (er werden tevens specifieke koelmiddelen ontwikkeld om deze van oudere installaties te vervangen). Dit alles maakt dat de COP van de huidige warmtepompen beduidend hoger ligt dan deze van vergelijkbare types uit het verleden.

De natuurlijke warmtebron

De keuze hiervan is bepalend voor het type warmtepomp dat zal moeten gebruikt worden en voor de globale COP die uiteindelijk zal verwezenlijkt worden. Gans vrij is men niet bij de keuze van de warmtebron aangezien men met de plaatselijke natuurlijke omgeving van de woning zal moeten rekening houden.

Water

Indien voldoende ondergronds water aanwezig is en van voldoende kwaliteit (en indien het mag opgepompt worden) kan deze warmtebron tot de beste resultaten leiden. Het ondergrondse water bevindt zich namelijk het ganse jaar door op een nagenoeg constante temperatuur van +10°C. Het water wordt opgepompt (liefst van een niet te grote diepte om de pompenergie te beperken), wordt over de verdamper geleid en daarna opnieuw in de grond gebracht. Aan condensorzijde wordt de warmte afgegeven aan een verwarmingskring met warm water, meestal een lage temperatuursvloerverwarming (met een aanvoertemperatuur van maximum 35 °C): men spreekt dan van een water-waterwarmtepomp. SPF’s van meer dan 4 zijn hiermee perfect realiseerbaar. Dit warmtepompsysteem is geschikt voor de toepassing van natural cooling. Het glycolwater of het opgepompte grondwater wordt niet langs de compressor geleid maar, onttrekt de warmte aan het water van het warmteafgiftesysteem (hier gebruikt als koelsysteem). Het energieverbruik beperkt zich tot het verbruik van de circulatiepomp.

Grond

Om de warmte te kunnen benutten die door de zon in de grond en de ondergrond rondom de woning opgeslagen werd, maakt men gebruik van
grondwarmtewisselaars. Deze worden meestal uitgevoerd onder de vorm van horizontale of verticale kunststofbuizen waarin een mengsel van
water + glycol (om ook onder 0°C te kunnen werken) circuleert.
Enkele constructeurs laten rechtstreeks het koelmiddel in de warmtewisselaar (in dit geval, in koper) circuleren; deze laatste vervult dan de functie van verdamper.
Bij horizontale grondwarmtewisselaars worden de buizen best tussen 1 m en 2 m diepte gelegd, bij voorkeur onder een grasperk. De benodigde oppervlakte bedraagt 1 tot 2,5 maal de oppervlakte van het verwarmde deel van de woning, afhankelijk van de grondsamenstelling en de thermische eigenschappen van de woning. Indien de beschikbare grondoppervlakte ontoereikend is, kunnen verticale sondes geplaatst worden. Deze kunnen diepten bereiken van 10 m tot 100 m. Bij beide systemen zal naarmate het stookseizoen vordert, de grond rondom de buizen meer en meer bevriezen. Bij horizontale sondes gebeurt de regeneratie spontaan op het einde van het stookseizoen dankzij zonnewarmte (en ook regen) die in de grond dringen. Verticale sondes zitten hiervoor te diep en doen hiervoor beroep op warmteaanvoer via ondergrondse waterstromingen. Voor een correcte dimensionering van verticale sondes is daarom ook een grondige kennis van de ondergrond vereist.
Grondwarmtepompen worden meestal gekoppeld met vloerverwarmingssystemen. De realiseerbare SPF is iets lager dan voor water-waterwarmtepomp (omwille van de iets lagere verdampingstemperatuur) en situeert zich rond 3,5. Dit warmtepompsysteem is ook geschikt voor de toepassing van natural cooling. Het bevordert de regeneratie van de bodem.

Lucht

De ons omringende buitenlucht als warmtebron heeft als voordeel dat ze overal aanwezig is en geen extra kosten met zich meebrengt zoals
dit het geval is voor de water-waterwarmtepomp (putboringen) of de grond-waterwarmtepomp (plaatsing van de sondes). Daartegenover staat
dat de buitentemperatuur sterk varieert over het stookseizoen ( gemiddeld in België van – 10°C tot + 15°C) en dat de warmtepomp juist het
slechtst zal presteren bij de laagste buitentemperatuur, dus wanneer de meeste warmte vereist wordt. Bovendien zal de verdamper van een
luchtwarmtepomp vooral bij buitentemperaturen tussen 0°C en + 5°C tgv. van de luchtvochtigheid geleidelijk aanvriezen. De verdamper moet
dan ook periodiek ontdooid worden. Dit gebeurt meestal door cyclusomkering: de verdamper wordt tijdelijk condensor en de condensor wordt tijdelijk verdamper. Bij de lucht-waterwarmtepomp wordt meestal een buffervat voorzien om de nodige warmte te kunnen leveren tijdens het
ontdooien. Bij de lucht-luchtwarmtepomp worden hulpweerstanden voorzien in het luchtkanalennetwerk waarmee dit type warmtepomp haar
warmte doorheen de woning verspreid. Met warmtepompen op buitenlucht als warmtebron kunnen SPF’s van 2,5 tot meer dan 3 gehaald worden.
Door het omkeren van de cyclus in de zomer kan deze warmtepomp ook koelen. De toepassing van actieve koeling kan in het kader van het
duurzaam gebruik van energie echter niet worden aanbevolen.

Extractielucht

Een bijzonder interessante warmtebron is de afvoerlucht van ventilatiesystemen voor woningen. Deze lucht die meestal onttrokken wordt uit sanitaire ruimten en keuken bevindt zich voortdurend op 18 à 20°C maar heeft een beperkte warmteinhoud omwille van het toegepaste debiet,
meestal ongeveer 200 à 300 m3/h. Twee types warmtepomp maken van deze warmtebron gebruik, namelijk de tapwaterwarmtepomp of
warmtepompboiler en de ventilatiewarmtepomp.
Warmtepompboilers zijn meestal uitgerust met een voorraadvat van 200 tot 300 l en voorzien het ganse jaar door in de totale warmwaterbehoefte van een gezin. De winstfactoren gaan van 2,5 tot 3,5 in functie van de tapwatertemperatuur en het aftapprofiel.
In een ventilatiewarmtepomp wordt de verse aanvoerlucht voorverwarmd door de afgevoerde ventilatielucht. SPF’s van 3,5 tot 4 zijn courant. De belangrijkste toepassingen zijn woningen met een lage energievraag zoals passiefhuizen.