Warmtepompen

Op de pagina Vragen hebben wij al iets verteld over de werking van warmtepompen. Hier zullen wij iets uitgebreider ingaan op de techniek en toepassingen van warmtepomp systemen.

Achtergrond warmtepompen in Nederland

Met ons fijnmazige aardgasnetwerk zijn we in Nederland aardig verwend geraakt. Lang hebben we kunnen genieten van relatief goedkope warmte, en hebben we hieraan goed kunnen verdienen. Nu we de rekening gepresenteerd krijgen met schade aan het klimaat en aardbevingen in Groningen, zien we dat de warmtepomp systemen sterk in opkomst zijn als de opvolger van de CV-ketel. Met name de luchtwarmtepomp systemen zijn aantrekkelijk wegens hun goede prestaties en gunstige prijs. In omringende landen met een minder goed gas netwerk, zoals België en Duitsland, zie je dat al veel meer warmtepomp systemen in bedrijf zijn, in heel Europa zelfs meer dan 10 miljoen. Wij lopen in Nederland dus achter, en we zijn een inhaalslag aan het maken.

 

De verwachting is dat ruwweg 75% van de woningen gebruik gaat maken van warmtepompen. Dat zullen grotendeels luchtwarmtepompen voor individuele woningen zijn, en daarnaast ook bodemwarmtepompen met een eigen danwel een collectieve bodembron. Verder zullen enkele wijken in Nederland verwarmd gaan worden met overgebleven warmte uit industriële processen. Deze warmte wordt dan verspreid via warmtenetten, en op deze manier gelukkig nog goed gebruikt. Het aantal grote industrieën is echter wel beperkt, waardoor naar verwachting maximaal 15% van de woningen in Nederland hiermee verwarmd kan worden. Hier en daar wordt biogas gemaakt voor gebruik in woningen, maar dat is slechts voldoende voor enkele procenten van de woningvoorraad. Aardwarmte, van diep uit de aardkorst is ook in ontwikkeling, maar voorlopig nog erg duur.

Subsidies

Het beleid van de overheid is sinds het Energie-akkoord van 2013 gericht op stimuleren van alternatieve, duurzame manieren om warmte op te wekken, en verlies van energie te beperken door isolatie. Daarom is een systeem van subsidies opgezet, dat wordt uitgevoerd door de Rijksdienst Voor Ondernemend Nederland (RVO). Elk jaar wordt een fors bedrag voor subsidies gereserveerd, in 2018 is dat €100 mln. Na installatie van een warmtepomp systeem kan een subsidie aangevraagd worden. Op een lange lijst van RVO staat precies het subsidiebedrag per warmtepomp systeem, dit ligt voor de meeste systemen tussen €1.700-2.500, een zeer aantrekkelijk bedrag.

Hoe werkt de warmtepomp eigenlijk?

De warmtepomp pompt warmte van buiten naar binnen met behulp van een drijfgas in een gesloten circuit. Het drijfgas wordt eerst geëxpandeerd en koelt daardoor zeer sterk af. Daarna stroomt het buiten door de warmtewisselaar, waar het warmte opneemt van de lucht, ook als het flink vriest. Vervolgens stroomt het naar de compressor, die het drijfgas samenperst, waardoor het heet wordt. Het hete drijfgas stroomt dan naar binnen, naar een warmtewisselaar, waar het warmte afgeeft. Vervolgens stroomt het weer naar het expansieventiel en begint de cyclus opnieuw. De meeste warmte wordt zo gratis met zeer innovatieve techniek uit de buitenlucht gehaald, en is daarmee klimaatvriendelijk verkregen.

De meeste van onze warmtepompsystemen kunnen ook omgekeerd werken, en koeling leveren in de zomer, net als een airconditioning systeem.

Warmtepomp werking

Hoe werkt een warmtepomp? (4:05)

Werking van de warmtepomp (4:53)

Waar komt de gratis energie vandaan?

De meeste warmtepompsystemen gebruiken de buitenlucht als bron van gratis energie. Deze systemen zijn goedkoper en makkelijker te installeren en daarom zeer gewild.

Ook is het mogelijk om grondwater als bron te gebruiken, met name als een woning of gebouw veel koeling nodig heeft in de zomer. Het maken van een diepe put in de bodem is echter duur, vergunningplichtig en op veel plaatsen niet mogelijk.

Oppervlaktewater direct naast uw woning is ook te gebruiken als bron.
Het type en model voor uw woning stemmen wij af op uw woning en wensen.

Waarom zijn onze warmtepomp systemen zo klimaatvriendelijk?

Er is veel minder energie nodig om uw woning lekker warm te krijgen, dan bij het gebruik van aardgas als brandstof, of bijvoorbeeld infrarood verwarming:

  • Met slechts één deel energie (elektriciteit) leveren onze warmtepomp systemen maar liefst 5 delen warmte binnen af. Vier delen zijn gratis uit de buitenlucht.
  • Een CV-ketel levert met één deel energie (aardgas) slechts 1 deel warmte binnen af, dat is dus niet bepaald zuinig.
  • Een infrarood verwarming levert met één deel energie (electriciteit) slechts 1 deel warmte binnen af, ook niet bepaald zuinig. Voor dagelijks gebruik in woningen is dit dus niet geschikt.

Onze warmtepomp systemen zijn hypermodern en gebruiken het nieuwste drijfgas R32, waarmee de hoogste efficiëntie wordt behaald.

Als je de elektriciteit voor het warmtepomp systeem duurzaam opwekt of inkoopt, dan verwarm je je woning helemaal klimaatneutraal!

De buitenlucht wordt door de warmtepomp iets afgekoeld door er warmte aan te onttrekken, ook als het steenkoud is. Deze verkregen warmte wordt naar binnen gepompt en daar afgegeven. Langzaam verdwijnt de warmte daarna door de muren, ramen, dak en vloer weer naar buiten, en de cirkel is rond!

Warmtepompen, wat doen ze eigenlijk?

Al in 1856 is in Oostenrijk de eerste warmtepomp gebouwd. Deze werd gebruikt om zout te drogen. In 1945 verscheen in Engeland de eerste warmtepomp die een gebouw verwarmde. Ondanks dat deze zeer goed werkte, werd deze niet verder ontwikkeld omdat kolen en later aardolie overvloedig aanwezig waren. Vanaf de jaren 70 zijn warmtepomp systemen verder ontwikkeld voor toepassing in woningen en bedrijfspanden. Met name in bedrijfspanden zijn warmtepomp systemen al veel toegepast, woningen volgen nu. In veel West-Europese landen zijn al veel warmtepomp systemen geplaatst, al 10 miljoen inmiddels, en dit aantal groeit heel snel.

Er zijn verschillende typen warmtepomp ontwikkeld, elk het meest geschikt voor een eigen toepassing. Deze verschillen naar de bron van de warmte, en naar de temperatuur van de afgeleverde warmte. Bij elke warmtepomp zijn een aantal sensoren opgenomen in het gesloten circuit van drijfgas. De regelsoftware in de warmtepomp zorgt hiermee voor het continu optimaliseren van de inspanning die de warmtepomp levert, en de geleverde warmte, of het nou voor vloerverwarming, radiatoren, boilervat of koeling is.

Lucht/water warmtepomp
  • beste balans in energieprestaties, investeringskosten, duurzaamheid en compactheid
  • goede isolatie is nodig en balansventilatie aangeraden
  • buitenlucht als bron, buitendeel met propeller is bovengronds
  • binnendeel in bijkeuken, garage of kelder
  • boilervat voor warm tapwater, zit vaak in het binnendeel
  • warmte afgifte aan water: verwarming en boilervat
  • meest efficiënt met vloerverwarming, maar kan vaak ook met radiatoren
Hybride warmtepomp
  • combinatie van CV-ketel en warmtepomp in 1 apparaat
  • goede isolatie niet noodzakelijk, wel altijd wenselijk
  • verlaagt gasverbruik voor verwarming met 50-70%
  • douchen blijft met aardgas, zonder boilervat
  • buitenlucht als bron, buitendeel met propeller is bovengronds
  • kan met vloerverwarming en radiatoren
Water/water warmtepomp
  • met name aantrekkelijk als naast warmte ook veel koeling nodig is
  • grondwater als bron, ondergronds aangesloten, iets hoger rendement
  • bron boren is diepe put, duur, vergunningplichtig en op veel plaatsen niet mogelijk
  • verder gelijk aan lucht/water warmtepomp
Ventilatielucht warmtepomp
  • uitgaande ventilatielucht als bron, kan niet veel warmte leveren
  • alleen voor zeer goed geïsoleerde woningen
  • CV-ketel met aardgas blijft nodig, hybride opstelling
  • plaatsing bij ventilatiebox, meestal op zolder
  • warmte uit ventilatielucht kan ook opgewekt worden met balansventilatie

In de filmpjes over de werking van de warmtepomp ziet u dat de compressor het drijfgas samenperst, waardoor het een hogere temperatuur krijgt. Hoe hoger de afgifte temperatuur die nodig is, hoe harder de compressor moet werken, en hoe meer elektriciteit de compressor gebruikt. Op dezelfde manier geldt: hoe lager de opname temperatuur buiten is, hoe harder de compressor moet werken, en hoe meer elektriciteit de compressor gebruikt.

  • Dat betekent dat wanneer de warmtepomp warm water van 55 graden maakt voor convectoren, de efficiëntie lager is dan wanneer hij warm water van 35 graden maakt voor de vloerverwarming.
  • Het betekent ook dat wanneer de warmtepomp heet water van 60 graden maakt voor het boilervat met douchewater, de efficiëntie lager is dan wanneer hij warm water van 35 graden maakt voor de vloerverwarming.
  • Ook betekent het, dat wanneer de buitentemperatuur lager is, de warmtepomp minder efficient is.

Verwarming met water van 35 graden heet Lage Temperatuur (LT) verwarming. Als je dit water door een oude plaatradiator laat stromen, dan levert de radiator nog maar een kwart van de warmte die de radiator zou leveren met 75 graden water. Vloerverwarming heeft echter een heel grote oppervlakte, en het 35 graden water kan daarin prima zijn warmte afgeven aan de lucht in huis, lekker warm dus en heel efficiënt!

Seasonal Coefficient Of Performance

De efficiëntie van de warmtepomp wordt weergegeven met het getal Coefficient Of Performance (COP). Dit is de verhouding tussen de energie die de warmtepomp levert, en de energie die de warmtepomp verbruikt, in een bepaalde situatie. Een veelgebruikte COP is de situatie van 35 graden aanvoer, 30 graden retour temperatuur, en 7 graden buitentemperatuur. De COP is bij veel systemen rond 4,4 tot 5,2, dat wil dan zeggen: met 1 deel energie (elektriciteit) verbruikt zijn 4,4 tot 5,2 delen energie (warmte) binnen afgeleverd. De efficiëntie hangt onder andere af van het gebruikte koelmiddel; onze moderne systemen gebruiken het koelmiddel R32, wat de hoogste efficiëntie heeft, tot 5,2!

Omdat de buitentemperatuur flink varieert gedurende het verwarmingsseizoen, is een standaard rekensituatie ontwikkeld voor een gemiddeld COP tijdens dit seizoen. Hiermee wordt de “seizoens-COP” berekend, de Seasonal Coefficient Of Performance (SCOP). Met dit getal kunnen warmtepomp systemen beter met elkaar vergeleken worden. De SCOP wordt dan weergegeven bij een 35 graden aanvoertemperatuur en bijvoorbeeld een 55 graden aanvoertemperatuur. Hoe hoger de SCOP, hoe zuiniger de warmtepomp.

Het buitendeel plaatsen we bijvoorbeeld achter of op uw schuur, op een uitbouw of aan de zijkant van uw huis. Omdat deze ook ’s nachts aan kan staan, plaatsen we het buitendeel niet vlak naast slaapkamers. Het binnendeel komt bijvoorbeeld in uw bijkeuken, kelder of op bij sommige typen op zolder.

Het buitendeel en binnendeel zijn met elkaar verbonden door 2 geïsoleerde koperen pijpen gevuld met koelmiddel. Deze naam is afkomstig uit de airconditioning en is wellicht wat verwarrend. Het koelmiddel brengt de warmte naar binnen bij verwarming, en naar buiten bij koelen.

 

De maximale afstand tussen het buitendeel en binnendeel is 50-70 meter, ruim voldoende om een passende plek te kiezen voor beide delen. De 2 geïsoleerde koperen pijpen monteren wij zoveel mogelijk uit zicht, ondergronds bij plaatsing in de tuin, en binnenshuis in koven en onder de vloer waar mogelijk.

Het binnendeel werkt vrijwel geluidloos, en het buitendeel maakt windgeruis zoals een ventilator. De ventilatormotor en de compressor in het buitendeel zijn bijna niet te horen. Als het vriest blaast het buitendeel het hardst, als het minder koud is dan blaast het zachter, dit varieert traploos. U kunt een hegje of een afscheiding plaatsen bij het buitendeel, en zorgt u er dan voor dat de ventilator zijn luchtstroom ongehinderd kan uitblazen.

Onze warmtepomp systemen zijn zo efficiënt, dat ze een SCOP hebben van rond 4,5. Een moderne CV-ketel heeft een effectief rendement van ongeveer 94%, ofwel een SCOP van 0,94. Dat is een heel stuk minder, de CV-ketel is niet zuinig met energie! Met onze warmtepomp systemen gebruikt u in plaats van veel aardgas voor uw CV-ketel, straks weinig elektriciteit voor uw warmtepomp systeem. Een geweldige winst voor het milieu en voor uw bankrekening.

De energie voor de warmtepomp (elektriciteit) is per eenheid echter duurder dan de energie voor de CV-ketel (aardgas). Alles bij elkaar genomen betekent het dat uw maandelijkse energierekening ongeveer 35% lager zal zijn als u volledig overstapt op onze warmtepomp systemen.

 

Als laatste stap kunt u vervolgens overstappen van koken op gas naar inductiekoken. Daarbij verwarmt u alleen de bodem van de pan, en het werkt net zo direct als koken met aardgas. Het is ook nog eens energiezuiniger en vaak sneller dan aardgas. Als u ook deze stap zet, dan bent u helemaal van het aardgas af en kunt u uw gasaansluiting opzeggen. Dat bespaart u ongeveer €200 per jaar aan vastrechtkosten voor aardgas.

Als u een hybride warmtepomp systeem neemt, dan bespaart u ongeveer 50-70% van het aardgas voor verwarming. Uw maandelijkse energierekening gaat dan ongeveer 20% omlaag.

Goede ventilatie zorgt frisse, gezonde lucht binnen, die niet koud is en die energiezuinig is verkregen. Bij veel huizen is geen ventilatiesysteem, koude lucht kruipt door kieren en ventilatieroosters naar binnen waardoor het op sommige plaatsen in huis domweg koud is. Als het flink waait buiten, komt er veel meer lucht binnen dan wanneer het windstil is. Als alle kieren dichtgemaakt zijn en de ventilatieroosters ontbreken of zijn dicht, dan wordt het binnen ronduit ongezond. Teveel lucht, te weinig, te koud, niet goed. Bij een centraal afzuigsysteem is het iets beter, door constant afzuigen komt er in ieder geval altijd lucht binnen, maar deze is wel koud.

De norm van nu voor nieuwbouwhuizen is goed, en zou bij bestaande huizen ook toegepast moeten worden:

  • naar elk vertrek wordt verse, voorverwarmde buitenlucht geblazen
  • uit elk vertrek wordt gebruikte lucht afgevoerd
  • warmte uit afgevoerde binnenlucht wordt efficiënt doorgegeven aan de inkomende buitenlucht
  • het kieren in het huis worden goed dichtgemaakt, geen ventilatieroosters
  • uiteraard kunnen ramen altijd gewoon open

Met enkele sensoren is het mogelijk om de ventilatie alleen aan te zetten wanneer dit nodig is, wanneer er mensen thuis zijn, nog efficiënter!

In de komende decennia gaan we over naar het zelf opwekken en opslaan van elektriciteit en warmte, en dit lokaal uitwisselen aan elkaar. Kijkt u voor een vooruitblik naar de gasloze toekomst naar dit korte filmpje (1:18) van Duurzaam Gebouwd: