Alle beetjes helpen

Warmtepompen

Conclusie


Van alle soorten besparingsmaatregelen zijn warmtepompen het lastigt te beoordelen. Omdat er veel variabelen in het spel zijn die zowel het rendement bepalen als de investering. In Nederland zijn er anno 2016 ruim 150.000 woningen met een warmtepomp.
Er zijn situaties waar warmtepompen binnen 3 jaar zijn terugverdiend en situaties dat de terugverdientijd meer dan 20 jaar is. De toepassingsmogelijkheid en de inpassing in de bestaande situatie is werk voor een vakman.


Global warming potential (GWP)


Wamtepompen bevatten koelmiddelen. Fluor koolwaterstoffen (HFK's) en de Chloor koolwaterstoffen (CFK's) zijn verbannen. Oude installaties mogen er nog mee werken, maar nieuwe niet meer. Ook mogen zeer schadelijke gassen zoals R22 en R12 niet worden bijgevuld.

De hoeveelheid koelmiddel in de installatie bepaalt het GWP. Deze is afhankelijk van de grootte van de installatie en het soort koelmiddel. Zo heeft methaan een GWP van 21 CO2-eq en zwavelhexafluoride (SF6) een GWP van 23.900 CO2-eq. Dat houdt in dat 1 kilo methaan over een periode van 100 jaar 21 keer meer aan het broeikaseffect bijdraagt dan 1 kilo CO2. Zwavelhexafluoride warmt zelfs 23.900 keer meer op dan CO2. Lees meer…

Uitfasering van koudemiddelen


Om de industrie de gelegenheid te geven zich geleidelijk aan te passen aan de nieuwe richtlijnen is Europees een uitfaseerprogramma vast gesteld. Installaties met weinig koelmiddelen (zoals kleine warmtepompen met een thermisch remogen tot 12 kW met een GPW < 150) kunnen nog met schadelijke koudemiddelen worden verkocht en gevuld tot 2030.
Uitfaseerprogram, lees de details ….

Welke leverancier en welk merk moet ik nemen voor mijn warmtepomp


VIESMAN een serieuze ontwikkelaar van warmtepompen

  • Lucht - Lucht
  • Lucht - Water
  • Bodem - Water
  • IJs - water








Close

Een temperatuurverschil van 1 graad tussen vedampertemperatuur en condensortemperatuur heeft 2 tot 3 % effect op het rendement. Fabrikanten geven vaak één situatie op voor de prestatiecoëfficient (COP) in de folders.

Als klant moet u een voorspelling krijgen van de seizoenprestatiecoëfficient. (SCOP)
Humsterland Energie

Rendement van warmtepompen


Stacks Image 337466
Principe

Warmtepompen werken net zoals een koelkast. Via koeltechniek wordt een koud oppervlak gecreëerd (verdamper). De warmte uit de etenswaren vloeien naar de warmtewisselaar van de verdamper. Hierdoor ontstaat gas dat door de compressor wordt samengeperst. Dat gas wordt daardoor heet en in de warmtewisselaar van de condensor geleid. Die warmtewisselaar zit vaak achter de koelkast als een zwarte geribbelde plaat. Het hete gas wordt door de lucht in de ruimte afgekoeld en condenseert weer tot vloeistof, die dan weer naar de verdamper wordt geleid.

De condensor voert de warmte af die de verdamper uit de etenswaren heeft opgevangen plus de warmte die de compressor aan het gas heeft toegevoegd.

Q 1 = de warmte ingevangen door de verdamper
Q 2 = de energie die de compressor aan het gas heeft toegevoerd
Q 3 = Q 1 + Q 2;- de warmte die door de condensor wordt overgedragen aan de ruimtelucht

Het rendement is dus (Q1 + Q2)/Q2 en is altijd groter dan 100%. Dit getal noemen we de COP (de Coëfficient of Performance)

De pompenergie is afhankelijk van de temperatuur van de verdamper en de temperatuur van de condensor.
Als je de koelkast diep laat koelen (min 2 graden) en je plaatsT de koelkast in een warme kamer (25 graden) dan is de temperatuursprong 27 graden tussen de condensor en de verdamper en moet de compressor veel energie leveren om dezelfde hoeveel warmte uit etenswaren naar buiten te brengen. De COP is dan laag.
Omgekeerd als je de koelkast op 7 graden zet en de koelkast in een koele kelder is geplast (15 graden) dan is de temperatuursprong 8 graden en de COP hoog. De koelkast werkt dan veel zuiniger.

De COP kan ook uitgedrukt worden als functie van de temperatuur in graden Kelvin:

COP = [(Tc )/(Tc-Tv)] x systeem rendement. (temperaturen in graden Kelvin dat is Celsius plus 273 )

Het systeemrendement is afhankelijk van de kwaliteit van de constructie, de gebruikte onderdelen en de effectiviteit van het koelmiddel en ligt in de praktijk tussen de 50 en 70%.

Temperatuursprong belangrijkste factor voor het rendement
Stacks Image 337511

Gasgestookte warmtepompen


Bij de compressie warmtepomp wordt het gas uit de verdamper doormiddel van een compressor, die meestal elektrisch wordt aangedreven, op druk gebracht. Bij gasgestookte warmtepompen, ook wel absorptie warmtepompen, gebeurt dat door warmte. In de praktijk worden rendementen behaald van 130 tot 200%.



Deze systemen zijn beschikbaar voor grotere vermogens vanaf 35 KW. In situaties met veel draaiuren > 4000 uur per jaar zijn terugverdientijden te behalen van minder dan 5 jaar.

Terugverdientijd (payout)


Payout = Investering / Jaarvoordeel

Jaarvoordeel = energiebesparing per uur x draaiuren
Het economisch rendement van warmtepompen is afhankelijk van het aantal draaiuren.
Stacks Image 337577
Warmtepompen zijn prijzig. Hoe meer vermogen des te duurder. Kies daarom een vermogen met een basislast van maximaal de helft van het vermogen dat een gebouw nodig heeft. De rest van de warmte moet dan wel door een andere warmtebron worden geleverd.

Toepasssingsmodelijkheden



Openlucht zwembad met warmtepomp


Als een zwembad vlak in de buurt van oppervlakte water is gesitueerd dan kan een mechanische warmtepomp met als koelmiddel propaan, die elektrisch wordt aangedreven, leiden tot het volgende resultaat

Afname aardgasverbruik 28.000 Nm3 per jaar
Toename elektriciteitverbruik 35.000 kWh per jaar
Besparing aardgas € 9.800 per jaar
Verbruik elektriciteit € 3.500 per jaar
Totaal financieel voordeel € 6.300 per jaar
Totale investeringskosten € 43.080
Eenvoudige terugverdientijd 6.8 jaar

Uitgangspunten zijn
3500 draaiuren per jaar
Afstand tot open water kleiner dan 100 meter

Voor zwembad dat geheel jaar open is zijn besparingen groter.
Stacks Image 337513

Tuinbouw kas bedverwarming


Warmte wordt verkregen door het slaan van een bron, waardoor grond water ter beschikking komt van 10 graden. Een mechanische warmtepomp met als koelmiddel ammoniak geeft het volgende resultaat.

Afname aardgasverbruik 148.500 Nm3 per jaar
Toename elektriciteitverbruik 171.000 kWh per jaar
Besparing aardgas € 38.600 per jaar
Verbruik elektriciteit € 14.500 per jaar
Totaal financieel voordeel € 24.100 per jaar
Totale investeringskosten € 221.680
Eenvoudige terugverdientijd 9.2 jaar

Uitgangspunten zijn
4500 draaiuren per jaar
Gewas met bedverwarming
Stacks Image 337521

Datacenter warmte gebruiken voor centrale verwarming universiteit


Warmte wordt gekregen door de warme lucht de koeltorens te gebruiken en daarmee de retourtemperatuur in het ketelhuis met 10 graden op te waarderen. De mechanische warmtepomp met als koelmiddel ammoniak geeft het volgende resultaat.

Afname aardgasverbruik 236.000 Nm3 per jaar
Toename elektriciteitverbruik 304.000 kWh per jaar
Besparing aardgas € 61.400 per jaar
Verbruik elektriciteit € 21.300 per jaar
Totaal financieel voordeel € 40.100 per jaar
Totale investeringskosten € 288.700
Eenvoudige terugverdientijd 7.2 jaar

Uitgangspunten zijn
4000 draaiuren per jaar
Afstand tot ketelhuis kleiner dan 250 meter

Stacks Image 337531

Woonhuizen


Warmtepompen die buitenlucht als bron gebruiken en de binnenlucht opwarmen worden in massa gemaakt en zijn goedkoop. Tevens zijn deze geschikt als airco in de zomer. Dit type systemen vraagt weinig inpassingskosten en hebben terugverdientijden inclusief subsidie van minder dan 10 jaar.

Systemen die grondwarmte gebruiken in combinatie met vloerverwarming zijn beduidend duurder, vanwege de kosten van inpassing en maatwerk.

Voor een indicatie van de kosten verwijzen we naar:

http://www.verwarminginfo.nl/warmtepomp/prijs-warmtepomp.

Beschikbare systemen op de markt merk en type

Warmtepomp weetjes

Warmtebron types

Stacks Image 337608

Warmtebron bodem

Platte collectoren of aardsondes nemen warmte uit de bodem op.
Het primaire circuit (brijn) leidt deze warmte naar het koelcircuit van
de warmtepomp. Daar wordt het voor de verwarmingsinstallatie ver-
eiste hogere temperatuurniveau gecreëerd.

Warmtebron water (broncircuit)

Van het in het broncircuit circulerende water wordt de warmte in het
primaire circuit (brijn) overgedragen. Vanaf hier gebeurt de warmte-
overdracht zoals bij de warmtebron bodem. Daarom kunnen vele
brijn/waterwarmtepompen met een ombouwset tot water/waterwarm-
tepompen omgebouwd worden.

Warmtebron ijsaccumulator/zonnelucht absorber

Het warmteopslagmedium (water) in de ijsaccumulator wordt door
de omgevende bodem en door de zonneluchtabsorber opgewarmd.
De warmtepomp onttrekt deze primaire energie aan de ijsaccumula-
tor en draagt deze over aan het koelcircuit in de verwarmingsinstal-
latie. Als hierbij het medium in de ijsaccumulator het vriespunt
onderschrijdt, wordt bijkomend de kristallisatiewarmte gebruikt.
De zonneluchtabsorber kan ook direct als primaire bron dienen.

Warmtebron lucht

Voor de energieoverdracht naar de warmtepomp voert een ventilator
de kamerlucht via de verdamper van de warmtepomp.
Door het warmtepompproces (koelcircuit) wordt het voor de verwar-
mings-/tapwateropwarming benodigde hoge temperatuurniveau
bereikt. De overbrenging van de warmte-energie naar het verwar-
mings-/tapwater gebeurt door de condensor.

Warmtebron restwarmte

Bij veel processen ontstaat restwarmte. Als deze warmte van een hoge temperatuur is dan is die warmte direct in te zetten voor gebouwverwarming. Als deze laag is dan kan met een warmtepomp de warmte op een hogere temperatuur warden gebracht.

- Koeling van vele industrieprocessen, zoals bijvoorbeeld elektriciteit cenrales
- Rookgassen in de tuinbouw
- Koeling van data-warehouses


Het warmte uit de bodem voor warmtepompen

Het vergt nogal wat inzicht en het verzamelen van veel feiten om een bodemwarmte-onttrekkingssyteem te ontwerpen en in te passen met een warmtepomp voor de verwarming.

Warmtewinning met aardcollectoren
Hoeveel warmte aan de aarde kan worden onttrokken, hangt af van verschillende factoren.

Volgens de tot nu toe bekende gegevens is een sterk met water aangelengde leembodem bijzonder goed geschikt als warmtebron. Er kan ervaringsgewijs met een specifiek warmteonttrekkingsver-
mogen (koelvermogen) van qE = 10 tot 35 W/m2 grondoppervlak als jaarlijks gemiddelde waarde voor (monovalante) werking gedurende het hele jaar gerekend worden.

Bij een sterk zanderige bodem is het warmteonttrekkingsvermogen geringer. Hier moet in geval van twijfel een bodemexpert bij betrokken worden.

Handige links ter oriëntatie:


Stacks Image 337561

Temperatuur en warmte in de bodem


Seizoeninvloed
Op een diepte van 2,3 m zijn de seizoensinvloeden van winter en zomer in Nederland uitgedempt en heerst de gemiddelde temperatuur van de streek verhoogd met de flux vanuit de kern van de aarde. Op die diepte is de temperatuur circa 11 graden °C.

Aanvoer vanuit het midden van de aarde

Er is een constant stroom van warmte uit het midden van de aarde naar het aardoppervlak. De temperatuur in de binnenkern bedraagt naar verscheidene schattingen 4500 °C tot 6500 °C. 99 procent van onze planeet is warmer dan 1000 °C; 99 procent van de rest is nog altijd heter dan 100 °C. Bijna overal heeft de bodem op één kilometer diepte een temperatuur van 35 °C tot 40 °C.
Stacks Image 337565

Het financieel rendement van warmtepompen

Het financieel rendement wordt bepaald door de volgende factoren:

  • De investering
  • De gas- en stroomprijzen
  • Draaiuren. Warmtepompen zijn duur. Ze besparen per uur geld. Hoe meer ze draaien des te sneller ze zijn terugverdiend
  • De temperatuursprong, deze bepaalt het rendement per uur hoe kleiner de sprong hoe hoger het rendement: DE COP
  • De kwaliteit van het ontwerp, het gebruikte koelmiddel, de grote van de warmtewisselaars, efficiënte oliehuishouding, kritische regeling en inpassing in de CV installatie. Het systeemontwerp verlaagt de COP met 50% voor matige ontwerpen. Uitstekende ontwerpen behalen tot 80% systeemrendement.
  • Subsidiemogelijkheden. Via de ISDE krijgt u subsidie op warmtepompen zie lijst. Als vuistregel ontvangt u € 200,= per KW thermisch vermogen dat de pomp afgeeft.

COP = [(Tc )/(Tc-Tv)] x systeem rendement. (temperaturen in graden Kelvin dat is Celsius plus 273 )

Voorbeeld Tcondensor = 45oC en Tverdamper = -5oC
COP bij 50% systeemrendement = 3,18
COP bij 80% systeemrendement = 5,08

Rekenvoorbeeld voor woonhuizen


Stel u gebruikt in uw huis aan gas: 2.400 m3 en dat stookt u met een ketel met 90% rendement

We weten dat een 1 m3 aardgas 8,8 kWh aan energie bevat.
De warmte die de ketel in het huis brengt is dan 2.400 x 8,8 /90% = 23.467 kWh.

De SCOP van een warmtepomp geeft aan hoeveel energie je nodig hebt om warmte te leveren
Is de SCOP 4 dan krijg je voor 1 kWh stroom 4 kWh warmte.

SCOP is het seizoensrendement dat een warmtepomp over een jaar bezien bereikt. Goede systemen halen een SCOP van 5 of meer.

Stel dat uw nieuwe warmtepomp een SCOP heeft van 5,5 dan hebben we nodig aan stroom als vervanging van de ketel in bovenstaand voorbeeld:
23.467 / 5,5 = 4.267 kWh

Dit is een warmtepomp met een vermogen van 5,5 KW; per KW krijg je € 200 subsidie, dus € 1.100

We rekenen voor de gasprijs: € 0,63 per m3 en voor stroom via de Coöperatie Zon4Ons € 0,105 per kWh

Met gas was je kwijt: 2.400 x € 0,63 = €1.512
Met stroom zijn de kosten: 4.693 x € 0,105 = € 448

Winst aan energiekosten per jaar: € 1.064

Stel je wilt de warmtepomp in 7,5 jaar terugverdiend hebben, dan is de investeringsruimte: 7,5 x € 1.064 + subsidie = 7,5 x € 1.064 + € 1.100 = € 9.080

Tips voor woonhuizen


Vloerverwarming
Als u een nieuw huis laat bouwen zorg dan voor verwarming systemen met een lage temperatuur zoals vloerverwarming. Door die lage temperatuur heeft de warmtepomp een hogere SCOP.

Infrarood stralers
Het is niet nodig om alle ruimtes met cv water te verwarmen. Feitelijk zijn dit trage systemen die een flinke tijd nodig hebben om de ruimte op temperatuur te krijgen. Gebruik infrarood stralers. Dat is direct behaaglijk. Ook in badkamers.

Vermijd luchtverwaming
Luchtverwarming systemen zorgen voor circulatie van de lucht en daarmee wordt de gevoelstemperatuur verlaagd. Voor koeling is luchtkoeling wel effectief voor verwarming minder.

Vraag tenminste 3 offertes aan voor een warmtepompsysteem.

Solide systemen:


Prijzen van warmtepompen


Bij de beoordeling van warmtepompen zijn 2 kenmerken van belang:

- de prijs per KW thermisch vermogen
- het jaarrendement of te wel de SCOP

Het verzamelen van marktgegevens in combinatie met feitelijke resultaten van gebruikers vergt veel werk:
We willen weten wat kost het en wat levert het concreet op.


Een eenvoudig criterium voor vergelijking is de kosten en baten per kWh: kilowattuur (symbool kWh)

Ter illustratie:

1 m3 gas bevat 8,8 kWh op onderwaarde en 9,77 op bovenwaarde.

1 megajoule (MJ) delen door 3,6 levert het aantal kWh.

Je kunt dit narekenen op sites als
Rapid Tables

Calorische onderwaarde (OW)
Bij de verbranding van koolwaterstoffen (dus ook bij aardgas) is waterdamp één van de verbrandingsproducten. Bij het condenseren van deze waterdamp komt ook warmte vrij. Als bij het vaststellen van de energie inhoud van 1 m3 aardgas wordt uitgegaan van de warmte die vrijkomt bij de verbranding van het aardgas (en dus de warmte van de waterdamp als restproduct wordt gezien), spreekt men van de onderwaarde. De calorische onderwaarde van aardgas is 31,65 MJ.

Calorische bovenwaarde (BW)
Als bij het vaststellen van de energie inhoud van 1 m3 aardgas uitgegaan wordt van de warmte die vrijkomt bij de verbranding en de warmte die vrijkomt bij het condenseren van de waterdamp, spreekt men van de bovenwaarde. De calorische bovenwaarde van aardgas is 35,17 MJ.

Tot zover een beetje theorie:

Het gaat om de warmte die je in huis krijgt. Voor een gasketel met 90% rendement op BW krijg je in huis voor 1 m3 gas:

35,17/(3,6) / 90%) = 8,9 kWh in huis. 1 m3 gas kost € 0,62 Dat kost dus per kWh 60/ 8,9 = 6,7 Eurocent per kWh warmte in huis.

Een ketel kost circa € 1500 en gaat 15 jaar mee. Deze produceert in 15 jaar op basis van 2400 m3 gas: 2.400 x 8,9 x 15 = 316.549 kWh. Dus deze warmte kost per kWh bijna 0,5 Eurocent aan investering.
Ketel kosten investering (20 KW - 30 KW) € 1.000 - € 1.500  
Jaar productie 21.103 kwh
Vervanging en onderhoud per jaar € 140,00  
Onderhoud en vervaning kWh € 0,007 Euro/kWh
Productie in15 jaar 316.548 kwh
Kosten per kWh CV € 0,00474 €/ kWh

Energieprijzen van de afgelopen 20 jaar


Energieprijzen hebben natuurlijk een grote invloed op de haalbaarheid van besparingsmaatregelen. De verhouding tussen gas en stroom prijs is van belang. Op basis van deze verhouding kan worden bepaald welke COP een warmtepomp minimaal moet behalen om een financieel voordeel op te leveren ten opzichte van gasgestookte warmte-opwekking.

We zien in onderstaande grafieken de prijzen excl BTW en energiebelasting. Daar heeft de industrie mee te maken, omdat deze nauwelijks energiebelasting en geen BTW betalen. Voor consumenten is de prijsstijging fors geweest omdat de overheid de energiebelasting vooral bij de kleinverbruikers, dus de burgers neerlegt. Die verbruiken circa 23 % van de landelijke energie en betalen met elkaar 30% van de energiebetasting.

Dat beleid dwingt de burger tot het doen van besparingen.

De verhouding van gasprijs versus de stroomprijs (zie onderste grafiek)
Warmtepompen vertonen een COP variërend van 3 tot wel 9 in de praktijk. Dat houdt in dat voor elke kWh stroominput er 3 tot 9 kWh warmte wordt geproduceerd. Als de verhouding gasprijs gedeeld door stroomprijs afneemt dan renderen elektrische warmtepompen slechter.

Voorbeeld: stel COP = 5 een de verhouding stroomprijs/ gasprijs = 4. Stel de stroomprijs is 10 cent. Dan levert de warmtepomp 5 kWh warmte voor 10 cent. 1 m3 gas bevat 8,8 kWh waardoor we 5/8,8 = 0,56 m3 gas uitsparen. De gasprijs per m3 bedraagt 63 cent. Dus besparen we 0.56 x 63 cent = 35,8 cent voor 10 cent input.


We mogen dus concluderen dat de kansen voor warmtepompen de laatste jaren afnemen voor industriële toepassingen.

Stacks Image 337549
Stacks Image 337547