Warmtepomp

 

• Wat is een warmtepomp?
• Hoe werkt een warmtepomp?
• Kan een warmtepomp in elk huis worden toegepast?
• Rendement van een warmtepomp
• Welk merk warmtepomp moet ik kiezen?
• Is het verbruik met een warmtepomp goedkoper dan met een cv-ketel?
• Welke soorten warmtepompen zijn er?
• Warmtepomp-inzetmethode, monovalent, bivalent,
• Warmtepomp-energiebronnen
• Het boren van een warmtepompbron in de bodem
• Terugverdientijd van een warmtepomp

 

Van het gas af

De bekendste oplossing m.b.t. ‘van het gas af’ is de warmtepomp. Bijna in elke nieuwbouwwoning in Nederland wordt thans een warmtepomp geïnstalleerd voor het verwarmen van de woning en het maken van warm douchewater.
Een gasaansluiting in de woning is dan niet meer nodig. Ook koken gebeurt d.m.v. elektriciteit, middels bijvoorbeeld een keramische of inductiekookplaat.

---

Wat is een warmtepomp

Warmtepompen zijn toestellen die op een milieuvriendelijke manier voor verwarming en warm water zorgen, soms ook voor koeling. Een warmtepomp maakt voor het grootste deel gebruik van ‘gratis’ hernieuwbare energie uit de omgeving. Ze is een duurzaam energiebesparend alternatief voor de gasgestookte cv-ketel. Een warmtepomp is in Nederland, t.o.v. aardgas, rendabel bij lage temperatuurafgiftesystemen zoals vloerverwarming, LT (Laag Temperatuur)-convectoren en LT-radiatoren.
De hoeveelheid energie die de warmtepomp gebruikt is laag in vergelijking met de opbrengst. 65% tot 80% van de door de warmtepomp geleverde energie wordt 'gratis' gewonnen uit de omgeving. Hierdoor verbruikt een warmtepompinstallatie minder energie dan een klassiek verwarmingssysteem. Ook de CO₂-uitstoot bij verwarming door middel van een warmtepomp is beduidend lager dan bijvoorbeeld bij de cv-ketel.

 

Een warmtepomp is dus een toestel dat ‘gratis energie’ haalt uit de omgeving.

‘Gratis energie’ staat tussen aanhalingstekens, want: om de gratis energie te onttrekken uit de omgeving is namelijk wel elektrische energie nodig uit het net.  Middels een compressor (welke de stroom verbruikt) en een koudemiddel wordt die gratis energie onttrokken en afgegeven aan uw verwarming of tapwater.
 

De energie kan worden onttrokken aan:
 

• bodem (bodem-energie),
• buitenlucht,
• ventilatielucht,
• (stomend) oppervlaktewater (rivier/kanaal),
• restwarmte van de industrie
• en andere ‘warmtebronnen’.

Een warmtepomp is rendabel bij lage temperatuurafgiftesystemen zoals vloerverwarming, LT (laagtemperatuur) convectoren en LT-radiatoren.  Als u een woning heeft waarbij u 70 °C water nodig heeft op de radiatoren, is een warmtepomp ongeschikt.

---

Hoe werkt een warmtepomp?

Eerst de makkelijkste manier om u uit te leggen hoe een warmtepomp werkt, dat is zoals u wellicht al weet het verhaal van de koelkast;

Een warmtepomp is net als een koelkast. In uw koelkast zet u bijvoorbeeld pakken met melk en flesjes bier. Als u die bij de supermarkt heeft gehaald en met de auto heeft vervoerd, zijn ze te warm om te bewaren en te consumeren.  De koelkast onttrekt energie uit de melk en het bier; deze energie wordt vervolgens afgegeven op de achterkant van uw koelkast (dat zwarte rooster).   In uw koelkast zit een ‘transportmiddel’ voor deze energie, ‘het koudemiddel', en een compressor die ervoor zorgt dat het transport van de energie plaats kan vinden.  Een warmtepomp werkt precies zo. Alleen de pakjes melk noemen we dan de ‘bron’ (bodem/water/lucht) en die zwarte plaat op de achterkant is uw vloerverwarmingssysteem. Een warmtepomp haalt dus energie uit de bron en geeft die af aan uw vloerverwarming of tapwaterboiler.

 

Beeldvormig gezegd: er loopt een transportbandje met warmte van binnen in de koelkast naar buiten de koelkast. De warmte wordt van binnen naar buiten getransporteerd.  Een warmtepomp neemt dus ergens warmte op, om die elders af te geven.

 

Iets technischer:
 

Tussen dat opnemen en afgeven vindt er ook nog eens een temperatuursverhoging plaats. Dat gaat natuurlijk niet vanzelf; er is een vorm van ‘arbeid’ nodig om dit te doen. De warmtepomp (zoals wij hem hier bedoelen) werkt met een vloeistof (koudemiddel) met een lage kookpunttemperatuur. 

 

Dit koudemiddel laten wij in een kring rondlopen:

 

 

Een compressor perst het koudemiddel samen, waardoor druk en temperatuur oplopen. Het gasvormige middel wordt door een platenwisselaar (condensor) gestuwd, waar het in aanraking komt met het koudere systeemwater (bijvoorbeeld vloerverwarming). Er zal daar dus warmte worden overgedragen van het warme gas naar het koudere systeemwater. Hierdoor koelt het gas ook af en zal het condenseren, ofwel vloeistof worden. Vervolgens wordt de vloeistof door een ‘expansieventiel’ geleid, waar het van dunne leidingen ineens weer in grotere leidingen komt, waardoor de druk van het middel afneemt en verdamping kan plaatsvinden in de volgende platenwisselaar (verdamper) Het verdampingsproces neemt energie op uit de omgeving (het bronwater dat aan de andere kant door de verdamper loopt). Na de verdamper is de kring rond en begint de compressor het gasvormige middel weer samen te persen.

Over de verdamper draait, middels een pomp, het circuit van de bron.
Over de condensor draait, middels een pomp, het circuit van de vloerverwarming (of boiler voor tapwater).

 

Kan een warmtepomp in elk huis worden toegepast?

Nee, als u een oude woning heeft die niet gerenoveerd of verbeterd is, dan is een warmtepomp geen goede oplossing. U kunt beter eerst zorgen dat u zo weinig mogelijk energie nodig heeft in uw woning, door isolatie en dubbel (HR) glas te plaatsen, en daarna pas aan een warmtepomp denken.
Een warmtepomp heeft een laagtemperatuurafgiftesysteem nodig, zoals vloerverwarming of LT-convectoren. Hou daar bij een renovatie ook rekening mee. Dus ...

 

Eerst de woning aanpakken en dan pas een warmtepomp

De volgorde is dat u eerst uw woning en woningschil aanpakt en dan pas overgaat op een warmtepomp.  U kunt dus, als het bij u nog niet up-to-date is, ten eerste veel beter investeren in isolatie en hr-glas van uw woning. Als uw woning wel kierdicht is en goed geïsoleerd: dan is er geen probleem en kan u een warmtepomp toepassen, mits het afgiftesysteem ook geschikt is, of wordt gemaakt, voor laagtemperatuurverwarming. Een andere optie is om voor hybride te kiezen. Hierbij laat u de ketel hangen voor de winter en laat u de warmtepomp het voor- en naseizoen doen.
Zonder meteen te beslissen en om te schakelen, kunt u wellicht toch al proberen of uw woning gunstig verwarmd zou kunnen worden met een warmtepomp. Zet uw cv-ketelthermostaat (aanvoer cv-water) de komende winter op gemiddeld 50°C en kijk of uw woning toch voldoende warm wordt. Als dat zo is, kunt u in de toekomst zonder al te veel verbouwen omschakelen naar bijvoorbeeld een lucht/water-warmtepomp.  De meeste cv-ketels hebben een thermostaat of elektronische instelmogelijkheid om de aanvoertemperatuur voor verwarming te beperken tot bijvoorbeeld 55 of 60°C (informeer bij uw installateur). Zo’n test is dus redelijk eenvoudig te doen en u weet meteen of u straks makkelijk zonder gas kunt.   Krijgt u uw woning niet op temperatuur met 50°C gemiddeld, kijk dan welke ruimten in uw huis achterblijven. Op die plaatsen kan wellicht de radiator worden vervangen door een LT- (laagtemperatuur-)radiator of convector.

 

 

Als u via het gasverbruik wil berekenen of uw woning geschikt is voor een warmtepomp, volg dan deze tip eens.

 

Kort filmpje over warmtepompen met goede uitleg van de Consumentenbond:

 

 

Het rendement van een warmtepomp: COP, SCOP, SPF

Het momentele rendement van een warmtepomp drukken we uit in COP
 

De formule is heel eenvoudig:
Afgegeven vermogen : toegevoerd vermogen = COP

voorbeeld: U heeft een warmtepomp van 8 kW, welke 2 kW uit het net trekt tijdens bedrijf. Dan volgt
8 kW : 2 kW = COP, COP = 4

Dus hoe hoger de COP, hoe beter de warmtepomp presteert!

Je zou ook eenvoudiger kunnen stellen dat een COP van vier 4 keer zoveel afgeeft als dat je erin moet stoppen.
Dus stop je daar 1 kW in, dan komt er 4 uit.

Is je COP 5, dan komen er voor die ene ingestopte kW zelfs 5 uit.  Hoe hoger, hoe beter dus.

Let echter wel op dat, als u warmtepompen met elkaar gaat vergelijken, de uitgangspunten gelijk zijn. U leest bij het COP vaak een getal als 0/35 met een bijvermelding volgens EN 14511

Zorg dus dat deze gegevens bij een vergelijk steeds hetzelfde zijn.
EN 14511 is een vastgestelde genormeerde meetmethode
0/35 wil zeggen als de BRON 0 graden is en de afgiftetemperatuur 35 graden.
 
Verder kun je ook stellen dat bronvermogen + toegevoegd vermogen = afgegeven vermogen **
(** niet voor 100% helemaal waar, maar dat laten we even buiten beschouwing
.
In bovenstaand plaatje ziet u ook dat 75% uit de bron + 25% toegevoegd uit het net een afgegeven vermogen van 100% geeft.
Om het 8 kW-voorbeeld aan te houden:
6 kW (‘gratis’) + 2 kW toegevoegd geeft 8 kW afgegeven vermogen.

 

Het SCOP / SPF kunt u terugvinden in de technische documentatie van uw toestel.

 

Wat eigenlijk voor u veel belangrijker is, is het SPF, of wel SCOP genoemd

Betekenis:
COP = Coefficient of Performance
SCOP = Seasonal Coefficient of Performance
ook wel SPF genoemd: Seasonal Performance Factor

Door wetenschappers en praktijkervaring is een ingewikkelde formule ontstaan met daarin onder meer het weer in één jaar, de verschillende COP-waarden bij verschillende afgifte- en brontemperaturen en nog veel meer factoren.

Uiteindelijk komt uit die formule de prestatie van het toestel over een jaar gezien.

Dat noemen we dan de SPF!  Hoe hoger de SPF, hoe beter de warmtepomp presteert

De SPF kan hoger zijn dan een gemelde COP in de folder. Neem nu de COP van 4 bij 0/35; die gaat dus uit van een brontemperatuur van 0 graden, maar de brontemperatuur kan gemiddeld veel hoger zijn. Vandaar dat een SPF soms hoger kan zijn.

 

 

Welk merk warmtepomp moet ik (u) kiezen?

 

Sinds 2016 is het verplicht dat elke warmtepomp een label heeft; hoe meer plusjes achter de A
(A+++ ) hoe beter het SCOP van de warmtepomp.
 

Dit label kunt u dus gebruiken voor een vergelijk. Theoretisch kun je nog verder gaan met rendementen vergelijken, want een bepaald aantal plusjes valt weer binnen een breedteband. Onderling kunnen nog kleine verschillen zijn.  Zover zouden wij niet willen gaan. Geneuzel achter de komma op papier is nog net iets anders dan wat het in de praktijk gaat waarmaken.
 

Naast het rendement speelt natuurlijk ook het geluid (wat u ook op het label vindt) een rol, maar zeker ook het bedieningsgemak van de warmtepomp.  Over een merkkeuze doen wij, als energieambassadeur, geen uitspraak.  Kiest u voor een bekend merk en vertrouw ook een beetje op uw installateur. Vraag naar zijn ervaring en probeer in contact te komen met mensen waar uw installateur al een installatie heeft gemaakt.

 

Is het energieverbruik met een warmtepomp goedkoper dan met een hr-ketel?

 

Ja, als een warmtepomp goed en vakkundig wordt geïnstalleerd, bent u met een warmtepomp minder energiekosten per jaar kwijt.

Een voorbeeld:
 

Stel, u heeft een nieuwbouwwoning en u verbruikt 1600 m³ gas per jaar.
Van deze 1600 m³ gas is 90 m³ voor tapwater en 1510 m³ voor verwarming.

Wat zouden de energiekosten dan zijn met een warmtepomp?

 

In 1 m³ Gronings aardgas zit op bovenwaarde 35,17 MJ aan energie, wat gelijk is aan 9,7 kWh
Echter, bij verwarmen met een cv-ketel gaat er warmte verloren. Realistisch genomen is dat verlies 10%. We stellen dat netto 8,8 kWh overblijft van elke m³ gas.

Wij betalen voor 1 m³ gas € 0,65**
Wij betalen voor 1 kWh elektra € 0,22 **
(** u kunt natuurlijk ook rekenen met uw eigen energieprijs)

 

1600m³ gas per jaar kost ons 1600 x € 0,65 = € 1040,00 met een cv-ketel

Warmtepomp:

Voor tapwater hebben we nodig (90 m³ x 8,8 kWh) = 792 kWh
Voor verwarming hebben we nodig (1510 m³ x 8,8 kWh) = 13288 kWh

Rendement COP van deze voorbeeldwarmtepomp voor tapwater is 3
792 kWh (afgegeven) : (COP) 3 = 264 kWh uit het net

Rendement SCOP / SPF voor deze voorbeeldwarmtepomp is 4,8
13288 kWh (afgegeven): (SCOP) 4,8 = 2768 kWh uit het net

Totaal uit het net 264 + 2768 = 3032 kWh
3032 kWh x € 0,22 = € 667,04

Resume: Energiekosten met een cv-ketel per jaar = € 1040,00
                 Energiekosten met een warmtepomp per jaar = € 667,04

 

Noot: In dit voorbeeld is een COP gehanteerd van een bepaald type en merk warmtepomp. U kunt natuurlijk ook rekenen met de COP en/of SCOP van uw toestel.

---

Warmtepompsoorten

 

Onderstaand een opsomming van de soorten warmtepompen in de verwarmingstechniek:
 

• brine/water (gesloten bron) Toepassing: verwarmen of passief koelen van een gebouw, normaliter tot een totaal benodigd afgegeven vermogen van 60 kW. De energiebron voor deze warmtepomp is een gesloten aardwarmtesonde of collector (verticaal of horizontaal buizensysteem) in de bodem. Door deze buizen wordt water met een antivriestoevoeging (glycol) rondgepompt. Een alternatieve energiebron voor brine/water is een collector in oppervlaktewater waar een constante en goede waterstroming is. Omdat dit complexer is (denk aan vorst), wordt dit in Nederland nog niet vaak toegepast.
  
  Voor dit type warmtepomp worden momenteel nieuwe ‘bronmethoden’ bedacht en ontwikkeld: Als bron kunnen thans ook PVT-panelen (gecombineerde PV- en thermische panelen) dienen (Triple Solar), een warmte-win-muur (slangen in de gevels van een gebouw), of een bron met ijs of water in de kruipruimte (Solar Freeze).
  
  Voordeel: goed rendement, weinig omkijken naar de bron, mogelijkheid tot passief koelen (heel goedkoop koelen)
   
• water/water. (open bron) Toepassing: verwarmen of passief koelen van ‘n gebouw, normaliter bij een benodigd afgegeven vermogen van meer dan 60 kW. De energiehaalbron voor deze is een open bron. Grondwater wordt aan de ene zijde uit de bodem omhoog gehaald, door een warmtewisselaar geleid en aan de andere zijde weer terug de bodem in gebracht. 
  
  Voordeel: beter rendement dan een brine/water
  Nadeel: een open bron heeft onderhoud nodig en is complexer.

 

• (buiten)lucht/water. Toepassing: verwarmen van één woning of utiliteitsgebouw of gedeelte van een gebouw. Vaak kan dit type warmtepomp ook ACTIEF koelen. De energiebron voor deze warmtepomp is de buitenlucht.
  
  Nadeel: slechter jaarrendement dan een ‘bodemenergie-warmtepomp’
  Ventilator buiten die geluid maakt

 

• Ventilatielucht/water. Toepassing: normaliter het (langzaam) opwarmen van een voorraad tapwater, daar het afgegeven vermogen natuurlijk beperkt is i.v.m. het aantal m³ lucht dat kan worden afgezogen. Immers, als u meer lucht af zou zuigen uit een woning, moet u ook meer koude lucht toevoegen, die ook weer opgewarmd moet worden. De energiebron voor deze warmtepomp is dus ventilatielucht.
  
  Voordeel: energie uit de ventilatielucht wordt nuttig gebruikt
  Nadeel: Beperkt vermogen

 

• Lucht/lucht. Toepassing: verwarmen van één woning of utiliteitsgebouw of gedeelte van een gebouw. Bijna altijd kan dit type warmtepomp ook ACTIEF koelen; het is vergelijkbaar met een aircosysteem. Bij verwarmen is dus de buitenlucht de energiebron.
  
  Nadeel: het afgiftesysteem ‘lucht’ wordt minder prettig ervaren dan bijvoorbeeld vloerverwarming, lager comfortgevoel.

Afgeleide: hybride toestel. Een hybride systeem is een gecombineerd systeem van meerdere technieken. Zo zijn er, als voorbeeld, toestellen die gebruikmaken van een lucht/water-warmtepomp en een aardgasbrander onder één mantel.

 

 

Warmtepompinzetmethodes

Monovalente werking

 

Bij dit systeem wordt uitsluitend verwarmd door de warmtepomp; er zijn geen bijverwarmingen. Hierbij is het dan ook zeer belangrijk dat de warmtepomp goed gedimensioneerd is. Men moet ervoor zorgen dat er altijd genoeg warmte beschikbaar is, maar een overgedimensioneerde warmtepomp is natuurlijk ook niet goed (deze zal iets meer energie gebruiken en pendelgedrag met zich meebrengen).
Natuurlijk moet ook rekening gehouden worden met de behoefte aan warm tapwater.

 

Mono-energetische werking

 

(Deze manier wordt het meest toegepast in de woningbouw in Nederland). De warmtepomp zorgt voor het grootste deel van de warmtebehoefte, maar bij erg koud weer wordt deze ondersteund door een ingebouwd elektrisch element.
Bij de meeste installaties wordt 80% (bètafactor 0,8) van het benodigde warmtevermogen ingezet als warmtepompenvermogen. Het aandeel van de jaarlijkse activiteit van de warmtepomp/compressor bedraagt dan ca. 97% en van het elektrische element dus ca. 3%.

 

Bivalente-parallelle werking

 

De warmtepompinstallatie wordt tijdens de verwarmingswerking aangevuld met een bijkomende warmtegenerator, bijvoorbeeld een gasgestookte hr-ketel. Het verwarmingsvermogen van de warmtepomp wordt dan meestal met een bètafactor tussen .4 en .7 (40% tot 70% van het benodigde totaalvermogen) ingezet. In de periode dat de warmtepomp zelf onvoldoende energie kan leveren, zal dus een 2e warmtegenerator worden bijgeschakeld.

 

Bivalent-alternatieve werking

 

De warmtepomp zal een bepaalde periode voorzien in verwarming, waarna geheel gewisseld wordt naar een andere warmtegenerator (hr-aardgasketel bijvoorbeeld).
Dit komt in de praktijk soms voor bij lucht/water-warmtepompen. Er kan berekend zijn dat bijvoorbeeld bij een buitentemperatuur van 6 °C de hr-aardgasketel minder energiekosten met zich meebrengt dan de lucht/water-warmtepomp. De buitentemperatuur zal dan het omschakelpunt worden van de warmtegenerator (boven 6 °C de lucht/water-warmtepomp, onder de 6 °C de HR-cv-ketel).

 

Warmtepompbronnen

Afbeelding:

• Gesloten verticale bodemcollector, bodemenergie
• Gesloten horizontale bodemcollector, bodemenergie
• Gesloten oppervlaktewatercollector
• Open bron, grondwater, bodemenergie
• Open bron, oppervlaktewater
• Warmtewinnmuren, PVT-panelen, energiedaken (ijszak onder de vloer) zijn nieuwe ontwikkelingen.
• Buitenlucht en ventilatielucht

 

  Het boren van een bron voor een warmtepomp

 

 Foto: Het boren van een bron kan al met een compacte machine. Een voor een worden de boorverlengstukken (links op de boorwagen te zien) op de boor bijgeschroefd, zodat men uiteindelijk tot wel 100 meter diep kan boren. De boorverlengstukken zijn hol. Tijdens het boren wordt water op het boorgat gehouden. Bij het weer terug naar boven halen van de boorstukken wordt steeds water in de put gelaten, zodat het boorgat, door de druk van het water, niet kan instorten Als alle boren er weer uit zijn, hangt men een gewicht aan het doorverbindstuk van 2 slangen en van een rol af zakken de slangen (buizen) langzaam in het gat. Op de slangen staat een ‘meterverdeling', zodat men straks precies weet hoe diep men zit.  Na het boren van het gat, of meerdere gaten, worden de slangen aan elkaar gemaakt en nabij de warmtepomp gebracht. 

 

Bodeme energie is wat duurder, maar geeft, anno 2022, nog steeds het beste rendement, met bovendien de mogelijkheid om vrijwel gratis te koelen in de zomer.
Noot: Er mag niet overal in Nederland in de bodem worden geboord. Bovendien is een vergunning en certificering (BRL) nodig om dit te mogen doen. Een gecertificeerd bronboorder kan voor u ook de benodigde vergunningen aanvragen bij de gemeente.

 

Terugverdientijd van een warmtepomp

Al snel heeft men bij een verwarmingsinstallatie de neiging om te praten over het terugverdienen van de investering. Tja... geld speelt helaas ook hier weer een rol.

Laten we eerst vaststellen dat voor een nieuwbouwsituatie een warmtepomp een uitstekende keuze is, immers u wilt dat het nieuw te bouwen huis lang meegaat en dus gereed is voor de toekomst.
We zien om ons heen dat ‘All Electric'-woningen (alles elektrisch) de toekomst zijn. Er zijn overigens al hele nieuwbouwwijken waar geen aardgas meer is. Daarnaast moet een nieuwe woning aan strenge eisen voldoen, EPG/EPC-normen, en ook dan komt een warmtepomp gunstig uit de bus.

 

Kortom, kies voor een warmtepomp bij een nieuw te bouwen woning.

Bij een bestaande woning is het eerst van belang dat u de woning zelf aanpakt. Is deze helemaal topgeïsoleerd en gereed voor verwarming met lage temperaturen (35 graden water in plaats van 80 graden), dan kunt u een warmtepomp kiezen.

 

Alleen verwarming:

 

De terugverdientijd (t.o.v. aardgas) is bij een lucht/water-toestel ca. 12 jaar. ***
En bij een bodemwarmtepomp ca. 15 jaar. ***

*** Let op, het betreft hier een praktijkaanname n.a.v. gemaakte berekeningen. Elke situatie hierin is uniek. Het best neemt u, als u investeringsplannen heeft, uw eigen situatie grondig onder de loep.  Anderzijds... als u voor het milieu en de toekomst goed bezig wil zijn, weeg dat dan mee.

 

Verwarmen en koelen, bij een Nederlands klimaat.

Als u ook wilt koelen, wordt de situatie anders. Met een gasketel kunt u niet koelen. Als u dan wilt koelen, moet u een airco erbij nemen.
Die airco is in de terugverdientijd-berekening meegenomen

De terugverdientijd voor een bodemwarmtepomp is ca. 10 jaar***
De terugverdientijd voor een lucht/water-warmtepomp is ca. 12 jaar***

Dit komt omdat koelen met een bodembron vrijwel gratis is; de compressor hoeft dan niet te werken. Het koele water uit de bron wordt simpel over een platenwisselaar geleid, met aan de andere kant van de platenwisselaar uw vloerverwarming. Er loopt dan 18 °C water door uw vloer, waardoor de woning wordt gekoeld (een lagere temperatuur dan 18 graden is niet gewenst, immers dan kan condens ontstaan op uw vloer).

 

Meer info over warmtepompen? https://warmtepomp-tips.nl