Hoe werkt een warmtepomp? Eenvoudig uitgelegd, ook in de winter

Een warmtepomp werkt als een koelkast in omgekeerde richting. Een koelmiddel neemt buiten warmte op uit de lucht, de bodem of het grondwater; een elektrische compressor brengt die warmte op een hogere temperatuur, en binnen gaat ze naar het water van je centrale verwarming. Volgens de Vlaamse overheid haalt een warmtepomp zo 60 tot 80% van de nodige energie uit de omgeving; de rest is elektriciteit. Hoeveel precies, hangt vooral af van twee temperaturen: die van de buitenlucht en die van het water dat naar je radiatoren of vloerverwarming stroomt.

Ook in de winter blijft dat principe gelden: koude lucht bevat nog warmte, en strenge vorst is in Vlaanderen zeldzaam. Bij vochtig winterweer zie je wel ijs op de buitenunit en af en toe een wolk damp: dan ontdooit de warmtepomp zichzelf.

In het kort

• Principe. Een warmtepomp verplaatst warmte. Volgens de Vlaamse overheid komt 60 tot 80% van de energie uit de omgeving; elektriciteit drijft de compressor aan.
• Kringloop. Verdampen, samenpersen, condenseren en ontspannen: die vier stappen doorloopt het koelmiddel telkens opnieuw in een gesloten kring.
• Temperaturen. Hoe kleiner het verschil tussen de warmtebron en het water naar je verwarming, hoe minder elektriciteit elke kWh warmte kost.
• Winter. In Ukkel telt het KMI gemiddeld 39,4 vorstdagen per jaar, maar dagen met strenge vorst, met een minimum onder −10 °C, zijn er in Vlaanderen minder dan twee per jaar.
• Ontdooien. Bij vochtig, koud weer vormt zich ijs op de buitenunit. De warmtepomp smelt het zelf weg; daarbij komt water of damp vrij.

Wat is de werking van een warmtepomp?

Een koelkast haalt warmte uit een koude plaats, de binnenkant van de kast, en geeft die af aan de keuken. Een warmtepomp doet hetzelfde voor je huis: ze haalt warmte uit de buitenlucht, de bodem of het grondwater en brengt ze op een temperatuur waarmee je kunt verwarmen.

De naam vertelt waar de warmte vandaan komt en waar ze naartoe gaat. Een lucht-waterwarmtepomp haalt ze uit de buitenlucht en verwarmt het water van je centrale verwarming; een bodem-waterwarmtepomp, ook geothermische warmtepomp genoemd, haalt ze uit de bodem. Hoe een lucht-waterwarmtepomp gebouwd is, monoblock of split, lees je in de gids over de lucht-waterwarmtepomp. Wat een warmtepomp kost en voor welk huis ze past, lees je in de gids over de warmtepomp.

Elektriciteit heeft de warmtepomp nodig om de warmte op een hogere temperatuur te brengen: daarvoor perst een compressor het koelmiddel samen. Een bodem-waterwarmtepomp presteert daarbij meestal beter dan een lucht-waterwarmtepomp: de bodem blijft tijdens het stookseizoen rond 10 °C, terwijl de buitenlucht schommelt met het weer.

Hoe werkt een warmtepomp in vier stappen?

Het hart van elke warmtepomp is een gesloten kring met een koelmiddel dat telkens opnieuw verdampt en condenseert. In een lucht-waterwarmtepomp verloopt de kringloop zo:

1. Verdampen. De ventilator leidt buitenlucht naar de verdamper. Het koelmiddel daarin heeft een zeer laag kookpunt en is kouder dan de lucht, dus stroomt er warmte van de lucht naar het koelmiddel, ook bij vorst. Het koelmiddel begint te koken en wordt gas; de lucht verlaat de buitenunit kouder dan ze binnenkwam.
2. Samenpersen. Een elektrisch aangedreven compressor perst het gas samen. Druk en temperatuur stijgen sterk. In de handleiding van NIBE stijgt de temperatuur van het gas zo van ongeveer 0 °C tot ongeveer 80 °C. Voor deze stap gebruikt de warmtepomp elektriciteit.
3. Condenseren. Het hete gas stroomt door een tweede warmtewisselaar, de condensor. Daar geeft het zijn warmte af aan het water van je verwarming, koelt af en wordt opnieuw vloeistof.
4. Ontspannen. Het vloeibare koelmiddel staat nog onder hoge druk. In het expansieventiel zakt die druk, en daarmee ook de temperatuur. Het koude koelmiddel stroomt terug naar de verdamper en de kringloop begint opnieuw.

De kringloop kan ook omgekeerd lopen. Dan haalt de warmtepomp warmte uit het water in huis en geeft ze die buiten af. Zo koelen veel lucht-waterwarmtepompen in de zomer, en volgens hetzelfde principe ontdooien ze in de winter.

Welk koelmiddel in de kring zit, staat in de technische fiche. De Compress 5800i AW van Bosch en de Altherma 4 H van Daikin werken bijvoorbeeld met propaan, R290. Propaan is zwaarder dan lucht: bij een lek zakt het naar de grond. Daarom legt de fabrikant rond de buitenunit een veiligheidszone vast waarin geen ramen, deuren, lichtschachten of kelderingangen mogen liggen. Hoe groot die zone is, verschilt per model; waar je de buitenunit dan kunt plaatsen, lees je in een warmtepomp installeren.

Waar komt de warmte vandaan? Een rekenvoorbeeld

Hoe groot het aandeel uit de lucht is, toont onze voorbeeldwoning van 150 m²: halfopen of open bebouwing uit de jaren '70–'80, met radiatoren en een gasketel die 17.000 kWh gas per jaar verbruikt. Het is een rekenvoorbeeld, geen gemiddelde Vlaamse woning.

1. Nuttige warmte: 17.000 kWh gas × 85% rendement van de oude ketel = 14.450 kWh warmte per jaar. Daarvan gaat 1.811 kWh naar sanitair warm water, de raming van de CREG voor een gezin van drie.
2. Elektriciteit van de warmtepomp: 14.450 kWh ÷ seizoensrendement 2,9 = ongeveer 4.983 kWh.
3. Warmte uit de lucht: 14.450 kWh − 4.983 kWh = ongeveer 9.467 kWh, of ongeveer 66% van de warmte.

Het seizoensrendement van 2,9 is de waarde waarmee de CREG rekent voor een gemiddelde lucht-waterwarmtepomp; 3,6 staat voor een efficiënte installatie. Het rendement van de oude ketel, het deel van de energie in het gas dat de ketel over een jaar als warmte afgeeft, is onze aanname.

In de grafiek kies je zelf het seizoensrendement en zie je de verdeling ook per maand.

Je betaalt alleen de elektriciteit, niet de warmte uit de lucht. Wat die elektriciteit per jaar kost, met het capaciteitstarief erbij, rekenen we voor in het verbruik van een warmtepomp.

Wat betekenen COP en seizoensrendement?

Hoe efficiënt een warmtepomp werkt, lees je af aan drie getallen. Ze delen alle drie warmte door elektriciteit, maar onder andere omstandigheden:

Volgens de Vlaamse overheid betekent een COP van 3,5 dat een warmtepomp met 1 kW elektriciteit 3,5 kW warmte kan produceren. De COP wordt bepaald onder fabrieksomstandigheden; het seizoensrendement geeft de prestatie in reële omstandigheden weer, over de vier seizoenen. Voor je energiefactuur telt dat laatste. Hoe je de getallen op een fiche vergelijkt en wat een goede waarde is, lees je in het rendement van een warmtepomp.

Waarom werkt een warmtepomp minder zuinig bij kou?

De compressor moet de warmte optillen van de temperatuur van de buitenlucht naar die van je verwarmingswater. Hoe groter dat verschil, hoe meer elektriciteit elke kWh warmte kost.

• Kou buiten. Op een vriesdag levert de warmtepomp per kWh elektriciteit minder warmte dan op een zachte dag.
• Warm water binnen. Hoe warmer het water naar je radiatoren moet zijn, hoe meer energie de compressor moet leveren. Volgens de CREG haalt vloerverwarming, die met lagere temperaturen werkt, daardoor meestal een hoger rendement dan radiatoren, en verlaagt een te hoge aanvoertemperatuur door een verkeerde instelling het rendement.

De buitentemperatuur kies je niet, de aanvoertemperatuur wel: je installateur stelt ze in op je woning.

Hoe werkt een warmtepomp in de winter?

Een lucht-waterwarmtepomp blijft ook bij vorst werken, zolang de buitentemperatuur binnen de grenzen van het toestel blijft. Volgens Bosch werken moderne lucht-waterinstallaties normaal tot ongeveer −20 °C. De Vlaamse winter blijft daar meestal ver boven.

Een vorstdag is volgens het KMI een dag met een minimum onder 0 °C, een dag met strenge vorst een dag met een minimum onder −10 °C. Strenge vorst is in Vlaanderen dus zeldzaam: gemiddeld minder dan twee dagen per jaar, ook in Limburg. Een groot deel van de stookuren valt in koel, vochtig weer tussen 0 en 7 °C; in Ukkel is de relatieve vochtigheid in januari normaal 84%.

Hoe een warmtepomp zo'n winterdag doorkomt, toont de grafiek uur per uur in onze voorbeeldwoning: een vriesdag in Ukkel (9 februari 2021, gemiddeld −5,9 °C, −7,9 °C in het koudste uur) en een zachte winterdag (8 december 2021, gemiddeld 5,3 °C). De stooklijn is onze aanname: water van 55 °C bij −9 °C buiten en van 35 °C bij 15 °C.

Op de koudste uren kan een elektrisch verwarmingselement bijspringen: volgens Bosch schakelt het bij extreme vorst in als tijdelijke ondersteuning. Het zet elektriciteit rechtstreeks om in warmte, zonder warmte uit de lucht. Volgens de CREG leiden onder meer een te grote of te kleine warmtepomp en een verkeerde instelling van de regeling tot veel elektrische bijverwarming, wat het seizoensrendement sterk verslechtert. Hoe een installateur het vermogen afstemt op de koudste dagen, lees je in het vermogen van een warmtepomp.

Warmtepomp ontdooien: waarom de buitenunit ijs en damp vormt

De verdamper in de buitenunit is kouder dan de lucht die erdoor stroomt. In de winter is die lucht vaak vochtig, en dan kan het vocht op de koude lamellen bevriezen. Volgens Daikin is dat normaal; je hoeft er zelf niets voor te doen. Zo verloopt het ontdooien:

1. IJs herkennen. De regeling meet de temperatuur van de verdamper. Blijft die onder een bepaalde temperatuur terwijl de compressor draait, dan beslist de regeling dat de buitenunit moet ontdooien.
2. De kring omkeren. Een klep stuurt het koelmiddel in de andere richting, zoals bij koelen. Nu warmt de verdamper op en smelt het ijs. De warmte daarvoor komt uit het verwarmingswater.
3. Smeltwater afvoeren. Het ijs wordt water of damp. Het water druppelt onder de buitenunit weg en moet kunnen weglopen, ook bij vorst.
4. Verder verwarmen. Daarna schakelt de warmtepomp terug naar verwarmen, tot er opnieuw ijs gevormd is.

Bij milder weer kan het ook zonder omkeren. NIBE beschrijft voor zijn S2125 een passieve manier: boven 4 °C buitentemperatuur smelt de ventilator het ijs weg met de warmte van de buitenlucht, terwijl de compressor stilstaat.

Ontdooien kost energie, want de warmte komt uit je verwarmingsinstallatie. Daarom moet er genoeg water in de kring zitten: NIBE beveelt voor zijn S2125 een beschikbaar watervolume van minstens 120 liter aan, om korte bedrijfstijden te vermijden en ontdooien mogelijk te maken. Ontdooit het toestel te vaak, dan stijgt volgens de CREG het verbruik van de bijverwarming.

Ook de plaats speelt mee: NIBE vraagt om de verdamper af te schermen van rechtstreekse wind, omdat wind het ontdooien bemoeilijkt.

Checklist: zo loopt je warmtepomp goed door de winter

• Laat de warmtepomp aan, ook bij vorst. Volgens Bosch ontstaan vorstrisico's meestal alleen bij stilstand, slechte installatie of onvoldoende onderhoud.
• Houd het rooster en de ruimte rond de buitenunit vrij van sneeuw, bladeren en takken.
• Kijk of het smeltwater onder de buitenunit kan weglopen en niet op een pad of oprit bevriest.
• Een wolk damp of ijs dat na het ontdooien verdwijnt, is normaal. Blijft de buitenunit bevroren, neem dan contact op met je installateur.
• Valt de stroom lang uit, vraag dan je installateur hoe je het buitendeel van de waterleidingen tegen vorst beschermt.
• Noteer je meterstanden voor warmte en elektriciteit, zodat je na een jaar je eigen seizoensrendement kunt uitrekenen.

Wat gebeurt er binnen in huis?

Binnen komt de warmte aan met het verwarmingswater, net zoals bij een ketel: het stroomt door je radiatoren of vloerverwarming en terug naar de warmtepomp.

Sanitair warm water verwarmt de warmtepomp in een apart voorraadvat, bijvoorbeeld via een spiraal in de boiler. Dat gaat volgens de Vlaamse overheid met minder energiewinst dan verwarmen. Buildwise raadt aan om sanitair warm water op minstens 60 °C te produceren tegen legionella; de raming van de CREG gaat uit van een boiler die één keer per week tot 60 °C wordt opgewarmd. Wil je alleen sanitair warm water met een warmtepomp maken, lees dan de gids over de warmtepompboiler.

Zo rekenen we

Het rekenvoorbeeld is onze voorbeeldwoning van 150 m² op gas:

• 17.000 kWh gas per jaar, zoals op je energiefactuur;
• 85% rendement van de oude ketel (onze aanname);
• 1.811 kWh voor sanitair warm water (CREG);
• seizoensrendement 2,9 en 3,6 (CREG), met 2,5 als ons voorbeeld ter vergelijking.

Weerdata: KMI. Meer in onze redactionele methode.

Veelgestelde vragen

Hoe kan een warmtepomp warmte halen uit koude lucht?

Ook lucht van een paar graden onder nul bevat warmte. Het koelmiddel in de verdamper kookt al bij een zeer lage temperatuur en is kouder dan de buitenlucht, dus stroomt de warmte van de lucht naar het koelmiddel. De compressor brengt die warmte daarna op een temperatuur waarmee je kunt verwarmen.

Werkt een warmtepomp ook bij strenge vorst?

Ja. Volgens Bosch werken moderne lucht-waterinstallaties normaal tot ongeveer −20 °C, en dagen met strenge vorst, met een minimum onder −10 °C, zijn er in Vlaanderen gemiddeld minder dan twee per jaar. Op de koudste uren levert de warmtepomp per kWh stroom wel minder warmte, en kan een elektrisch verwarmingselement tijdelijk bijspringen.

Waarom komt er damp uit mijn warmtepomp?

Dat is het ontdooien. Bij vochtig, koud weer bevriest vocht op de lamellen van de buitenunit. De warmtepomp keert dan even de kring om en smelt het ijs, dat wordt omgezet in water of damp. Je hoeft daarvoor niets te doen.

Hoe vaak ontdooit een warmtepomp?

Daar bestaat geen vast getal voor. De regeling ontdooit pas als de temperatuur van de verdamper daarom vraagt, en dat hangt af van de temperatuur en de vochtigheid van de buitenlucht, van de wind en van het model.

Werkt een warmtepomp op elektriciteit of op gas?

Een gewone warmtepomp werkt op elektriciteit: de compressor, de ventilator en de pompen draaien op stroom. Ze verbrandt niets in huis. Een hybride warmtepomp is iets anders: daar werkt een warmtepomp samen met een gasketel die bijspringt.