Mei 2022
Rendement warmtepomp kan fors omhoog
Goed ingeregelde installatie kan SCOP met 15 tot 20 procent verbeteren
Het seizoensrendement (SCOP) van warmtepompen kan -verbeteren door het gebruik van nieuwe koudemiddelen, slimmere regelingen en betere isolatie. Een grote efficiencyslag vanuit de huidige apparaten zelf is niet meer te verwachten. Systeem--optimalisatie biedt wel perspectief. Door de bron, het apparaat en de afgifte goed op elkaar af te stemmen, kan het rendement nog behoorlijk omhoog.
De SCOP van een warmtepomp geeft aan wat het energierendement van het apparaat is over het hele jaar gezien. Het zegt iets over de hoeveelheid elektriciteit die je gedurende het jaar in het apparaat moet stoppen om er de gewenste warmte of koude mee te produceren. Een warmtepomp met een SCOP van 4, zet de verbruikte elektriciteit gemiddeld vier keer om in warmte of koude. Daarmee geeft het een realistischer beeld dan de COP. Dat getal staat voor het rendement op slechts één werkpunt. Het is zoiets als het brandstofverbruik dat de fabriek meegeeft bij een nieuwe auto. In de praktijk wijkt dat altijd af. Rijd je tijdens een hittegolf constant met een loeiende airco of sta je elke dag in de file, dan rijd je lang niet zo zuinig als onder standaardomstandigheden.
Open bodembronnen spannen de kroon
Het energetisch rendement van warmtepompen voor verwarming is de afgelopen decennia al sterk verbeterd. Door de introductie van inverter compressoren bijvoorbeeld, die ervoor zorgen dat de pomp bij wisselende omstandigheden altijd het energiezuinigst draait. Maar ook door elektronisch gestuurde expansieventielen die het opwarmen en afkoelen van koudemiddel slim regelen, waardoor de pomp veel minder energie gebruikt dan bij de oude mechanische expansieventielen. Cijfers van 2021 zijn er nog niet, maar in 2020 was de gemiddelde SCOP van warmtepompen op open bodembronnen met 5,6 het hoogst. Daarna volgden warmtepompen in combinatie met PVT-panelen (4,9) en met gesloten bodembronnen (4,5), lucht-waterwarmtepompen (4,2), ventilatiewarmtepompen (3,8) en lucht-luchtwarmtepompen (3,5).
Minder schadelijke F-gassen en natuurlijke koudemiddelen geven rendementsverbetering tot wel 15 procent
Rendement Lucht-lucht stijgt het hardst
De komende jaren zal het rendement van warmtepompen stijgen. Uit het laatste Nationaal Warmtepomp Trendrapport blijkt dat de SCOP van warmtepompen richting 2023 met 7 tot 27 procent zal stijgen. Van lucht-luchtwarmtepompen wordt met 27 procent de grootste rendementsverbetering verwacht. De SCOP van bodemwarmtepompen met gesloten bronsysteem zou volgend jaar 5,2 moeten zijn. Die met een open bronsysteem blijven het meest efficiënt en komen in 2023 uit op een gemiddeld seizoensrendement van 5,9. Warmtepompen in combinatie met PVT-panelen presteren in 2023 naar verwachting 12 procent beter dan in 2020. Een onderbouwing van deze groeicijfers ontbreekt in het rapport. Ze zijn gebaseerd op de aannames van fabrikanten.
Jaarlijkse installaties voor verschillende type bodem systemen. Bron: Nationaal Warmtepomp Trendrapport
Stabiele brontemperatuur bepalend
De bodemwater-waterwarmtepomp kent de meest stabiele brontemperatuur en heeft daardoor veruit het beste seizoensrendement voor verwarming. Koeling vindt bij deze systemen veelal passief plaats. Gebruikmakend van enkel de temperatuur in het bodemwater komt de compressor niet in actie. Het rendement op koeling is daarmee uiterst hoog. Dat is echter niet meegenomen in de bovenstaande rendementen. Van warmtepompen die gebruik maken van buitenlucht wisselt het rendement het meest in de loop van een jaar. Een koude winter beïnvloedt de SCOP voor verwarming behoorlijk. Bij warmtepompen met PVT-panelen is het rendement afhankelijk van zon en wind, die ook sterk kunnen wisselen in intensiteit. Desondanks is het seizoensrendement van deze systemen hoog en groeit nog sterk, omdat het een vrij nieuwe techniek betreft waar volop innovatie gaande is.
Nieuwe koudemiddelen
Van de techniek in de warmtepompen zelf, is geen opzienbarende efficiencyverbetering meer te verwachten, geven fabrikanten aan. Compressoren zijn wel zo’n beetje uitontwikkeld en verbeterde koelcircuits, verdampers of condensors zullen geen enorme winst meer geven. Nieuwe koudemiddelen bieden meer hoop. De beperkingen in het gebruik van F-gassen, leiden tot onderzoek en innovaties die twee kanten op gaan: middelen die beter zijn voor het milieu én beter voor het rendement van de warmtepomp. Langzaam doen nieuwe koudemiddelen hun intrede, zoals R449A, R407D en R32, synthetische alternatieven en natuurlijke koudemiddelen als ‘CO2’ (R744) en ‘propaan’ (R290). Het koudemiddel is van groot belang voor het rendement. De manier waarop een koudemiddel verdampt of condenseert, is bepalend voor de opname van warmte of koude uit de bron. En dus voor het energetisch rendement. Minder schadelijke gassen, maar ook natuurlijke koudemiddelen blijken meestal beter te presteren dan het veelgebruikte R410A. Ze geven al snel een rendementsverbetering tot wel 15 procent, waarbij R290 (propaan) de beste resultaten geeft. Propaan kent nog wel beperkingen voor gebruik in binnen-units, vanwege de vermeende brandbaarheid.
Een bodemwater-waterwarmtepomp is een complexere oplossing die een hogere investering vraagt, maar heeft door de stabiele brontemperatuur veruit het beste seizoensrendement voor verwarming en koeling.
Slimme sturingen
Een warmtepomp uit de doos halen en klakkeloos installeren met de fabrieksinstellingen, in welke situatie dan ook, leidt vaak tot veel rendementsverlies. Winst is daarom vooral te halen uit de meet- en regeltechniek, zo geven fabrikanten aan. Door warmtepompen slimmer in te regelen, is bijvoorbeeld inefficiënt pendelgedrag te voorkomen en is de stooklijn optimaal af te stemmen op de aard en het gebruik van een woning of gebouw. Het slim sturen van het aanmaken van warmtapwater tikt ook behoorlijk aan. Programmeer je dat bij een PVT-warmtepomp op basis van de voorspelling dat de zon gaat schijnen, dan schiet het rendement omhoog. Leveranciers die hun geplaatste warmtepompen monitoren, merken dat het draaien aan de knoppen veel kan opleveren. Een optimaal ingeregelde installatie kan de SCOP met 15 tot 20 procent verbeteren, geven ze aan.
Een juist ingeregelde warmtepomp zal in een woning uit de jaren zeventig met radiatoren en slechte isolatie nog altijd het maximale seizoensrendement niet kunnen halen. Een zelfde warmtepomp in een goed geïsoleerde nieuwbouwwoning met vloerverwarming kan dat vaak wel. Sommige fabrikanten zijn bezig speciale productlijnen te ontwikkelen voor specifieke woningtypes en isolatiewaardes. Zodat ze in de juiste setting de specifieke verwachtingen kunnen waarmaken. De beloofde SCOP geldt dan specifiek voor de aanvoer- en aangiftetemperaturen die bij het specifieke type woning horen en de mate van isolatie die daar is toegepast. De belofte van een fabrikant die zegt dat zijn warmtepomp ook bij renovatie toepasbaar is, mag dan technisch wel kloppen, het rendement is er vaak ronduit slecht. De consument denkt goedkoper uit te zijn omdat de radiatoren kunnen blijven hangen, maar krijgt uiteindelijk wel een torenhoge elektriciteitsrekening.
‘Slim inregelen voorkomt inefficiënt pendelgedrag’
Het gaat om de systeem-SCOP
Het beste rendement komt nog altijd van een goede afstemming van warmtepompsystemen. Dat wil zeggen: de warmtepomp, de bron en het afgiftesysteem. De warmtepomp zelf is slechts een onderdeel van dat systeem. De drie onderdelen samen bepalen hoe goed of slecht een systeem functioneert. Gemiddeld genomen is de warmtepomp een apparaat dat 20 procent elektrische energie gebruikt en 80 procent omgevingsenergie. Het is dus vooral belangrijk om die omgevingsenergie te optimaliseren en ons niet blind te staren op het apparaat bij het streven naar het beste seizoensrendement. Als alle onderdelen van het systeem in samenhang goed functioneren, ontstaat een hoge systeem-SCOP. Die term is echter alleen in gebruik bij bodemsystemen. Voor de Wet Bodembescherming moeten bodemwarmtepompsystemen een minimaal systeemrendement hebben, om de bodem niet ‘voor niets’ te doorboren. Bij lucht-lucht- en lucht-waterwarmtepompen is het seizoensrendement van het systeem niet gereguleerd. Bij hybride warmtepompen is er al helemaal niets geregeld over SCOP’s. Daar is onlangs wel een eerste onderzoek naar gedaan. Uit de monitoring van 315 woningen met hybride warmtepompen bleek dat die een SCOP van 4.3 hadden.
Ontwerpen op optimaal rendement meerdere functies
Als we het over de SCOP van een warmtepomp hebben, bedoelen we doorgaans het seizoensrendement op ruimteverwarming. Maar ook voor koeling en warmtapwaterproductie zijn er dergelijke berekeningen en aanduidingen. Een warmtepomp met een hoog seizoensrendement voor verwarming, heeft niet automatisch ook een hoog rendement op warmtapwaterproductie. Bij nieuwbouwwoningen met een laagtemperatuurafgiftesysteem werkt een bodemwarmtepomp het meest efficiënt voor de ruimteverwarming. Maar voor warmtapwater moet het wel geregeld optoeren om naar 55 of 60 graden te gaan. Sommige warmtepompen doen dat met elektrische bijverwarming. Anderen zetten daar uitsluitend de compressor voor in. De verschillen in rendement zijn duidelijk, die kunnen oplopen tot 50 procent. Bij lucht-luchtwarmtepompen is het seizoensrendement op warmtapwaterbereiding doorgaans het laagst. Het is dus belangrijk om warmtepompen niet alleen goed te dimensioneren voor ruimteverwarming, maar ook voor koeling en warmtapwaterproductie.
Thermo-akoestische warmtepomp haalt warmte uit geluidsgolven
De huidige generatie warmtepompen heeft wel zo’n beetje de natuurkundige grenzen bereikt als het gaat om efficiency. Er staat wel al een nieuwe generatie in de startblokken: de thermo-akoestische warmtepomp. Ook deze haalt warmte uit de lucht, het water of de grond, maar maakt extra warmte aan uit geluidsgolven. Met die extra warmte – aangemaakt in een vat met helium waar de geluidsgolven doorheen lopen - zijn periodes te overbruggen waarin extra warmte nodig is of waarin de warmtebron onvoldoende warmte kan produceren. Elektrisch bijverwarmen is dus niet nodig. Daarmee is de thermo-akoestische warmtepomp efficiënter dan warmtepompen die slechts één bron aanspreken en soms elektrisch moeten bijverwarmen.
Dit artikel is tot stand gekomen op basis van gesprekken met de volgende fabrikanten/leveranciers: Nathan, Bosch Nefit, Panasonic en HR Solar.
Tekst: Astrid Zoumpoulis
Fotografie: Ton Borsboom, Arno Massee
Lees meer artikelen in het dossier Verwarming