Hoeveel stroom verbruikt een warmtepomp?

Column Vincent wil zon

Een warmtepomp vreet stroom als het vriest, maar met behulp van het droste-effect is daar een oplossing voor

Warmtepompen zijn de toekomst als het om het verwarmen van onze huizen gaat. Toch hebben ze een probleem als ze het hardste nodig zijn: als het vriest verbruiken ze veel stroom. Maar daar is iets op gevonden.

Ouderen onder ons kennen het cacaoblik van Droste waarschijnlijk nog wel. Op de voorkant van het blik staat een verpleegster afgebeeld. Zij draagt een dienblad met daarop een blik Droste-cacao, waarop een verpleegster te zien is die een dienblad draagt met daarop een blik Droste-cacao… Een afbeelding met daarin een verkleinde afbeelding van zichzelf – het iconische beeld werd vaak nagevolgd en heet sindsdien het droste-effect.

Het droste-effect: Op een cacaoblik staat een verpleegster die een dienblad draagt met daarop een blik met een verpleegster erop die een dienblad draagt met daarop... Beeld Droste
Het droste-effect: Op een cacaoblik staat een verpleegster die een dienblad draagt met daarop een blik met een verpleegster erop die een dienblad draagt met daarop…Beeld Droste

Ik moest er aan denken toen mij werd uitgelegd hoe sommige warmtepompen erin slagen om bij min tien graden toch nog genoeg warmte uit de buitenlucht te halen om cv-water op 60 graden te krijgen, zonder dat het extra stroom hoeft te kosten. Die warmtepompen hebben namelijk als het ware een ‘warmtepomp in een warmtepomp’. Zoals u wellicht weet ben ik op zoek naar een goede, zuinige warmtepomp, en dus wilde ik wel weten hoe zo’n ding werkt.

Sta me toe een kleine technische uitleg te geven. Warmtepompen werken, net als airco’s en koelkasten, dankzij een natuurlijk fenomeen. Als je gas samenperst, wordt dat gas warmer. Denk maar aan een fietspomp: als je een band oppomp, pers je lucht samen, en die lucht wordt dan heet. Dat kun je aan het ventiel voelen. Omgekeerd, als je samengeperst gas laat ontsnappen, dan verliest het die druk, zet het uit (expandeert) en wordt koud. Bij sommige spuitbussen kun je dat vlakbij het spuitkopje (een ventiel in feite) ook voelen.

Warmtepomp is verrassend simpel

Een koelkast laat gas binnenin de koelkast in leidingen expanderen, waardoor het koud wordt. De ‘warme’ lucht in de koelkast warmt dat gas dan wat op en de lucht zelf wordt daardoor kouder. Een pomp, compressor geheten, zorgt er voor dat het gas vervolgens wordt samengeperst, waarbij het gas dus warmer wordt. Dat warme gas stroomt door leidingen aan de achterkant van de koelkast. Daar staat het die warmte af aan de lucht in de keuken. De achterkant van de koelkast voelt dan warm aan. Vervolgens stroomt het gas weer naar de binnenkant van de koelkast, waar het via een ventiel weer kan expanderen en afkoelt, waarbij de hele cyclus opnieuw begint.

Een koelkast is in feite een verrassend simpel apparaat. En een warmtepomp is in hoofdlijnen een omgekeerde koelkast. De warmte wordt in een verdamper aan de buitenlucht onttrokken waarna een pomp het gas, het zogeheten koelmiddel, onder druk brengt. Dat gas wordt heet en in een condensor draagt het die warmte deels over aan het cv-water. Waarna het koelmiddel via een ventiel weer mag expanderen, koud wordt en uit de buitenlucht opnieuw warmte kan opnemen.

Droste-effect

Het mooie van een warmtepomp is dat zo met één kWh stroom 4 of zelfs 5 kWh warmte aan het cv-water kan worden toegevoegd. En dat zonder één gram CO2 uit te stoten, dus heel klimaatvriendelijk. Maar warmtepompen hebben een probleem als het gaat vriezen. Het koudemiddel dat warmte aan de buitenlucht moet onttrekken, moet zelf kouder zijn dan die buitenlucht, anders gebeurt immers het omgekeerde. Dan zou de buitenlucht het koudemiddel afkoelen. En om dat koudemiddel kouder dan, zeg eens, min 10 graden te krijgen, heb je bij traditionele warmtepompen veel stroom nodig. Dan produceer je met 1 kWh stroom misschien nog maar 1 of 2 kWh warmte.

Vereenvoudigde voorstelling van een warmtepomp met FGI- of EVI-circuit. Nadat heet gas in de condensor cv-water heeft opgewarmd, wordt de gasstroom bij 1 gesplitst in stroom A en stroom B in het FGI-circuit. Het B-gas zet bij ventiel 2 uit en wordt koud. Het stroomt dan door de warmtewisselaar, waar het iets wordt opgewarmd door het A-gas, dat zelf daardoor iets kouder wordt. Het A-gas zet vervolgens bij ventiel 3 uit en koelt nog verder af. Hierdoor is het A-gas koud genoeg om in de verdamper warmte uit de buitenlucht op te nemen, ook als het vriest. Het A- en B-gas komen in de compressor bij elkaar en worden daar op hoge druk gebracht, waardoor het gas heet wordt en in de condensor opnieuw cv-water kan verwarmen. Beeld Vincent Dekker
Vereenvoudigde voorstelling van een warmtepomp met FGI- of EVI-circuit. Nadat heet gas in de condensor cv-water heeft opgewarmd, wordt de gasstroom bij 1 gesplitst in stroom A en stroom B in het FGI-circuit. Het B-gas zet bij ventiel 2 uit en wordt koud. Het stroomt dan door de warmtewisselaar, waar het iets wordt opgewarmd door het A-gas, dat zelf daardoor iets kouder wordt. Het A-gas zet vervolgens bij ventiel 3 uit en koelt nog verder af. Hierdoor is het A-gas koud genoeg om in de verdamper warmte uit de buitenlucht op te nemen, ook als het vriest. Het A- en B-gas komen in de compressor bij elkaar en worden daar op hoge druk gebracht, waardoor het gas heet wordt en in de condensor opnieuw cv-water kan verwarmen.Beeld Vincent Dekker

Maar zie, daar komt het droste-effect. Er zijn warmtepompen die amper meer stroom gebruiken om toch goed bij min 10 graden te werken. Hoe kan dat, vroeg ik me af, en belde met een leverancier van zo’n warmtepomp, LG. Martin Pennings, trainer bij LG, is een geduldig man. Hij legt het desnoods drie keer uit als ik een stap niet begrijp.

Slimme omleiding

Pennings: “Bij een standaard warmtepomp heb je één circuit waar het koudemiddel doorheen stroomt. Maar je kunt in dat circuit ook een bypass aanbrengen: een extra circuitje met een eigen ventiel dat een deel van het gas laat afkoelen. Nadat het gas in de condensor warmte aan het cv-water heeft afgegeven, splits je de leiding in tweeën. Eén deel van gas neemt de ‘normale route’, het andere deel gaat naar dat extra ventiel, waar het dus uitzet en afkoelt. Dat koudere gas leid je vervolgens in een warmtewisselaar langs het nog warme gas dat de ‘normale route’ volgt. Daarbij koelt dat gas alvast wat af, waarna het via een ander ventiel nog veel verder afkoelt. Het nu erg koude gas kan in de verdamper ook bij lagere buitentemperaturen nog warmte uit de buitenlucht opnemen.”

“De ene helft van het gas wordt zo in de verdamper licht opgewarmd en stroomt dan naar de compressor. Ondertussen is de andere helft in de warmtewisselaar al opgewarmd en stroomt ook naar de compressor. Daar komen beide stromen samen, zodat je weer al het gas hebt om onder druk te brengen en de temperatuur van het gas weer sterk verhoogd kan worden. Het hete gas stroomt naar de condensor, alwaar het de warmte aan het cv-water kan overdragen.”

Niet duurder

De pomp (de compressor) is de grote gebruiker van stroom in een warmtepomp. “Die hoeft nu niet harder te werken dan bij hogere buitentemperaturen. Met dezelfde hoeveelheid stroom produceer je zo bij lage temperaturen toch genoeg warmte. En het mooie is dat een warmtepomp er niet duurder van wordt”, aldus Pennings.

Flash Gas Injection, FGI, noemt LG zijn systeem met het dubbele circuit. Je kunt er cv-water flink heet mee maken, zo’n 60 graden, en dat is voor mij van belang omdat ik heel ouderwetse cv-radiatoren heb. Bij vloerverwarming is water van 30 graden al warm genoeg om je huis mee warm te stoken en voldoet dus een minder krachtige warmtepomp. Ik zit nu nog te dubben wat voor mij het slimste is: een FGI-warmtepomp of een standaard warmtepomp aangevuld met een airco in de woonkamer. Want ook dat kan slim zijn. Airco’s kunnen namelijk niet alleen je kamer koelen maar ook verwarmen, zoals omgekeerd moderne warmtepompen je huis niet alleen kunnen verwarmen, maar ook koelen. Ik houd u op de hoogte van mijn bevindingen.

EVI, FGI en klimaateffect
Mijn kennis Will Eisenga in het Groningse Kropswolde heeft al tien jaar zo’n slimme warmtepomp, waarmee hij zijn oude huis vol oude radiatoren ook in koude winters prima warm krijgt. Zijn warmtepomp meldt dat het werkt met Enhanced Vapor Injection, EVI. In feite gaat het om hetzelfde principe als FGI van LG. Opvallend is dat terwijl LG voor een FGI-warmtepomp zo’n 8000 euro rekent, afhankelijk van hoe krachtig de pomp echt moet zijn, een EVI-warmtepomp van SPRsun bij het Friese Woud Energieadvies slechts 2250 euro hoeft te kosten.

Wie meteen denkt een EVI-pomp aan te gaan schaffen, moet nog wel weten dat die pomp als koudemiddel het oude R410A gebruikt. Dat is een gas dat, als het bij demontage of lekkage in de atmosfeer komt, ruim 2000 keer zo sterk bijdraagt aan de opwarming van de aarde als CO2! Tegenwoordig wordt meestal R32 als koudemiddel gebruikt, dat ook in de FGI-pomp van LG zit. Dat komt al beter uit de bus: het heeft zoals dat heet een Global Warming Potential (GWP) van ‘slechts’ 675. Pennings van LG: “Er wordt voortdurend naar betere koudemiddelen gezocht. Die ontwikkeling kan sneller gaan dan we denken.” Een veelbelovend middel lijkt nota bene CO2 te zijn. Dat heeft uiteraard een GWP van welgeteld 1…

In zijn weblog ‘Vincent wil zon’ belicht Vincent Dekker innovaties en ontwikkelingen op het gebied van groene energie, dichtbij en ver van huis. Lees meer afleveringen op trouw.nl/vincentwilzon. Vincent Dekker heeft ook een podcast, onder meer over zonnepanelen – beluister die via deze link of zoek hem op via de bekende kanalen.