Vergelijking BWP – LWP

Nu kunnen we gaan zoeken welk apparaat het meest geschikt zal zijn om het huis te verwarmen. Enerzijds wordt het bepaald door de bron die we kunnen gebruiken.  Er is al eerder aangegeven dat er verschillende types bestaan: de belangrijkste criteria zijn water of lucht als invoer. Lucht heeft als voordeel dat het aanmerkelijk goedkoper is, maar heeft een slechter rendement, heeft meer onderhoud nodig en maakt herrie. Vanwege het lagere rendement zullen er dan aanmerkelijk meer zonnepanelen nodig zijn om het huis energieneutraal te maken. Vanwege de lagere COP zijn er twee keer zoveel panelen per warmtepomp nodig. In ons geval betekent dat 3600 kWh in plaats van 1800 kWh dus nog 6 panelen extra. De subsidie van de lucht/water warmtepomp is sinds juli 2017 lager. De voorkeur is dan een water/water of brinewater systeem. Brine is water met ca. 25 % glycol tegen bevriezing. Alle niet lucht/water warmtepompen noemen we bodem/water warmtepompen. Deze zijn dus efficiënter, hebben minder of geen onderhoud nodig, hebben een langere levensduur en maken geen herrie. Ze hebben wél een groot nadeel: dit is initieel aanmerkelijk duurder. Over een periode van 15 jaar van de opstelling echter zijn de kosten orde-grootte gelijk aan die van een lucht/water warmtepomp.

Als we een keuze gaan maken is het belangrijk, zoals terecht is opgemerkt, dat de COP bij een lucht/water warmtepomp anders wordt gespecificeerd als bij een bodem/water warmtepomp. Bij de lucht/water warmtepomp wordt ervan uitgegaan dat de lucht 7 °C is maar bij de bodem/water warmtepomp is de grond gespecificeerd op 0 °C. Als je dan op specificaties gaat selecteren lijkt de lucht/water warmtepomp in het voordeel. Het is echter geen eerlijke vergelijking. Als de lucht/water warmtepomp onder de 7 °C komt moet deze af en toe ontdooien en dat komt dan niet in de COP tot uiting.

Om duidelijk te maken waarom de keus valt op een bepaald type warmtepomp is het heel belangrijk te weten hoe deze werkt.

Het is een apparaat dat werkt als een soort omgekeerde koelkast. (En dan wordt niet “met de pootjes omhoog bedoeld” ? ) Het werkt volgens de Carnot cycle. 

Zie https://nl.wikipedia.org/wiki/Warmtepomp

 

De warmtepomp laat een vloeistof (bijvoorbeeld propaan) bij lage temperatuur verdampen door warmte te onttrekken aan water (bodem/water warmtepomp) of lucht (lucht warmtepomp). Het water of de lucht wordt dan kouder en weer afgevoerd. Dit gebeurt in fase 3 (zie tekening). De vloeistof is in deze fase op zijn kookpunt bij een gegeven druk. Het gas wordt door een compressor flink samengeperst in fase 4. De compressor werkt op elektriciteit en deze energie moet dan extern worden toegevoerd. Hierdoor gaat de temperatuur flink omhoog. Dit gas noemen we het heetgas. Dit hete gas willen we laten condenseren (overgang van gas naar vloeistof) en daarbij komt veel warmte (energie) vrij. Hiermee wordt het cv-water of tapwater verwarmd. De druk is dan nog steeds hoog en voeren we dan door een vernauwing, het smoorventiel (2). De druk is dan lager geworden en het gas is aanvankelijk nog steeds een vloeistof. Daarmee is het cirkeltje weer rond als we weer water of lucht toevoeren om deze vloeistof te verdampen.

Een uitgebreidere tekening is te vinden op het internet bij www.dimplex.de en de animatie kan je vinden op:

http://www.dimplex.de/nl/downloads/software-animaties.html

De temperaturen zoals in de volgende tekening zijn niet van toepassing voor een gemiddelde warmtepomp in West-Nederland. De bron is namelijk ca. 10 ˚C en de retour naar de bron is ca. 6 ˚C. De cv-temperatuur aanvoer is nominaal 35 ˚C en de retour van de CV is dan nominaal 30 ˚C. De temperaturen en drukken in het systeem zijn afhankelijk van het gebruikte koelmiddel. De werking is echter niet anders.

Als er helemaal geen verliezen zouden zijn dan is de COP (zeg maar winstfactor) de laagste absolute aanwezige temperatuur gedeeld door het verschil hoogste minus laagste temperatuur. De hoogste temperatuur is dan niet de aanvoertemperatuur maar de hoogste temperatuur in de compressor (heetgas). Deze is afhankelijk van het elektrisch vermogen dus reken er voor het gemak 20 graden bij. Dit is vanwege de overdracht van de warmtewisselaar. De 40 ˚C-aanvoertemperatuur wordt opgehoogd naar 60 ˚C.

Bijvoorbeeld (273 K + 7˚C)/ (60 °C – 7 °C) = 300/ 53 = 5,66

Bij een lucht/water warmtepomp is de laagste temperatuur niet de temperatuur van de buitenlucht maar van de afgekoelde lucht, denk aan 20 graden lager. Als we als voorbeeld de 7˚C aanhouden dan wordt het sommetje voor de lucht/water warmtepomp:

(273 K + 7 ˚C – 20 K)/ (60 °C – (7 °C- 20K)) = 290/ 73 = 3,83

We hebben er dus alle belang bij dat de afgifte temperatuur zo laag mogelijk is en de bron-temperatuur zo hoog mogelijk. Helaas is het geen ideale wereld en zullen we de theoretische COP in dit voorbeeld van 5,66 respectievelijk 3,83 niet halen. Dit komt door mechanische en elektrische verliezen in het systeem. De verliezen zitten in de compressor, de ventilatoren, in de elektronica en ook in de warmteverliezen van b.v. de boiler. Als we de bron dus op 10 °C kunnen houden en de radiator temperatuur ook beperken tot 35 ˚C dan is het redelijk optimaal. In een normale winter is het gemiddeld 4 ˚C, maar de temperatuur kan ook zakken tot -15 °C. In het geval van een lucht/water warmtepomp gaat de COP dan heel hard achteruit. Bovendien zijn er dan andere effecten zoals bevriezing van het systeem die de COP alleen maar slechter maken. In de praktijk ben je in deze situatie grotendeels elektrisch aan het stoken. Het gaat in dat geval wél om grote getallen. Als je volledig elektrisch zou stoken dan heb je 100 kWh nodig (equivalent met 10 m3 gas) en dat zou dan ca. € 22 kosten per dag. Bij een bodem/water warmtepomp blijft de bron 10 °C en heb je dus geen last van dit effect en zijn de kosten 100 kWh/ COP = 100 kWh/ 5 = 20kWh = € 4,40. Gelukkig is het niet zo vaak -15 °C. Het zal duidelijk zijn: ik wil een bodem/water warmtepomp, ik ga tot het gaatje.

Aan warmtepompen met bron worden ook eisen gesteld. De installateur moet gecertificeerd zijn. In principe kan je dat als privépersoon ook doen, maar dat is een dure liefhebberij.

6 certificeringen van 2 dagen elk a € 825 excl. BTW en excl. examen per persoon. Bron:

https://warmtepomp-weetjes.nl/warmtepomp/certificering/

Dat is jammer, want als je weet of denkt te weten hoe alles in elkaar moet, ben je verplicht om alles te laten doen door een gecertificeerde installateur. Het geeft echter wel een garantie dat de installateur weet waar hij het over heeft. Certificering is niet nodig voor een lucht warmtepomp.

 

Statistische benadering

Om een idee te geven van de efficiëntie: lucht/water heeft een COP van 3,44 en is de laatste 2 jaar zelfs 2 % verslechterd (gemiddelde over 182 installaties). Bron: http://www.waermepumpen-verbrauchsdatenbank.de/index.php?lang=nl. Dit heeft waarschijnlijk te maken met veroudering van installaties en behoefte aan onderhoud. Bovendien is er theoretisch ook nauwelijks meer winst uit te halen. Zie tabel. (AZ = COP)

Brinewater warmtepompen hebben een COP van 4,55 en is 7 % verbeterd (gemiddeld over 130 installaties). Bron: http://www.waermepumpen-verbrauchsdatenbank.de/index.php?lang=nl. In deze installaties is nauwelijks sprake van veroudering en onderhoud is niet nodig. De ontwikkelingen bij dit type gaat snel en de nieuwe frequentie gemoduleerde installaties geven een extra boost in de efficiency. Installaties met een COP van 6 zijn al beschikbaar mits slim gestookt. Zie tabel. (AZ = COP)

Ø                            Gemiddelde over alle installaties

Ø                            Gemiddelde waarbij de 20 % uitersten niet zijn meegenomen

Median                Meest voorkomende waarde

Aantal                  Aantal installaties waarvan data beschikbaar was voor de tabelgegevens

Deze tabel wordt maandelijks geüpdatet. Voor de actuele data kan je bovenstaande URL gebruiken.

Bovenstaande tabel is ook uit te drukken in opgenomen elektrisch vermogen per m2 per jaar. Zie hieronder.

Ook hier zien we bij brinewater een grotere efficiency.

 

Conclusie

Warmtepompen die hun energie uit de bodem halen, hebben duidelijk een hoger rendement dan lucht/water warmtepompen. Dit is eenvoudig te verklaren als we weten dat bij horizontale leidingen de gemiddelde grondtemperatuur +/- 3 °C hoger licht dan de temperatuur van de buitenlucht en bij verticale leidingen is dit zelfs +/- 8 °C hoger. Voor elke 1 °C extra stijgt het rendement van de warmtepomp en afhankelijk van het type bodemcollector zal het rendement van een bodem gekoppelde warmtepomp dus altijd beduidend hoger zijn dan dat van een lucht/water warmtepomp.

Onderstaand een vergelijking tussen verschillende types. SPF is COP, rekening houdend met het seizoen.

 

Bron: https://www.bouw-energie.be/nl/blog/post/rendement-warmtepompen

Type warmtepomp Gemiddelde SPF
Water/water 3.9
Horizontaal bodem/water 4.0
Verticaal bodem/water 4.7
DX water 3.2
Lucht/water 2.8

 

 

Het CBS heeft ook een site met gegevens hierover:

https://opendata.cbs.nl/#/CBS/nl/dataset/82380NED/table?ts=1517076271109

N.B. 1 terajoule = 1000.0000.000.000 joule / 3600.000 J/ kWh = 277.777 kWh

Bodemwarmte:

  • 2014 waren er 36431 warmtepompen en er waren 279 (0,77 %) buiten gebruik genomen
  • 2015 waren er 37625 warmtepompen en er waren 454 (1,21 %) buiten gebruik genomen
  • 2016 waren er 41084 warmtepompen en er waren 179 (0,43 %) buiten gebruik genomen

 

Buitenlucht:

Bij warmtepompen met buitenlucht zien we precies een trend de andere kant op

  • 2014 waren er 84795 warmtepompen en er waren 279 (0,33 %) buiten gebruik genomen
  • 2015 waren er 105800 warmtepompen en er waren 273 (0,26 %) buiten gebruik genomen
  • 2016 waren er 138803 warmtepompen en er waren 949 (0,68 %) buiten gebruik genomen

De getallen lijken mij logisch. De oude bodem/water warmtepompen worden uit gefaseerd en vervangen door moderne pompen. De kwaliteit gaat omhoog en het verdient zich dan beter terug. Dit in tegenstelling tot de lucht warmtepomp: de kwaliteit gaat hier niet verder omhoog, het verdient zich minder terug en wellicht speelt het onderhoud parten.

Uit de tabel is ook af te leiden dat de COP van de gemiddelde lucht/water warmtepomp 2,8 is en van de bodem/water warmtepomp 4.7. Hierbij moet opgemerkt worden dat er bij de bodem/water warmtepomp een nieuwe trend is: de frequentie gemoduleerde pomp. Deze kan het afgegeven vermogen aanpassen (moduleren) dat een gunstig effect heeft op de COP. Bij de lucht/water warmtepomp was deze techniek al een tijdje in gebruik, bij de bodemversie is dit nieuw.

De plaatsing in huis is nauwelijks kritisch: warmtepompinstallaties hebben ook een boiler, daar is een goede reden voor: grote vermogens, bijvoorbeeld voor directe verwarming van tapwater, is met warmtepompen niet mogelijk zonder dat het rendement fors omlaag gaat, tenzij je een heel zware warmtepomp hebt in een groot huis. Met een boiler als buffer wordt dat probleem verholpen. Een praktisch formaat boiler is 150 – 200 liter. Hieruit volgt dat het gewicht van een (combi-)systeem behoorlijk toeneemt, gevuld tot ruim meer dan 300 kg. In dat geval wordt het onpraktisch om de warmtepomp op een zolder te plaatsen. We zoeken dus in ons geval een plek beneden in de berging. Het blijkt dat de aansluitingen van water, warm water, cv aan- en afvoer allemaal dichtbij aanwezig zijn. De douche is dicht in de buurt. Aldus is de keus gemaakt. Bij de keus van een warmtepomp kan je zoals gezegd ook nog kiezen voor een modulerende of frequentie geregelde warmtepomp. Frequentie geregelde warmtepompen zijn iets duurder maar hebben een hoger rendement, maken minder geluid, hoeven minder vaak te schakelen waardoor ze betrouwbaarder zijn. Inmiddels is besloten om te gaan voor de frequentie gemoduleerde bodem/water warmtepomp.

 

Uiteindelijk heb ik een vergelijking gemaakt van warmtepompen in dezelfde categorie qua prijs en vermogen. De getallen die niet aanwezig waren heb ik in enkele gevallen berekend uit de grafieken.

 

Tin Tuit Ph Pe COP
Nibe
0 35 3.15 0.67 4.70
0 45 2.87 0.79 3.63
10 35 4.3 0.66 6.52
10 45 3.98 0.83 4.80
NRGTEQ
0 35 7.17 1.52 4.72
10 35 10.03 1.53 6.56
10 45 9.21 1.92 4.80
ALPHA INNOTEC
0 35 3.32 0.68 4.86
0 45 3.09 0.82 3.76
7 35 4.18 0.70 5.94
10 35 1.46 0.21 6.95
10 45 1.72 0.30 5.73
0 55 2.95 0.94 3.13

                                     

Tin Temperatuur ingaand water
Tuit Temperatuur uitgaand water
Ph De door de warmtepomp per tijdseenheid aan het verwarmingswater afgegeven warmte (W)
Pe Gemiddelde elektrische vermogensopname van het toestel binnen een bepaalde periode, incl. vermogensopname voor regeling, compressor, transportinrichtingen en ontdooien (W)

Per saldo zit er weinig verschil in de COP van de bodem/water warmtepompen. Enige vertekening is er mogelijk wel, omdat de vermogens niet precies hetzelfde zijn. Aangezien je dus niet op basis van deze getallen een duidelijke voorkeur hebt, moet de keus op een andere manier gemaakt worden. Dit kan zijn prijs, geluidsproductie of andere eigenschappen. De warmtepomp staat binnen en daarom is het geluid een belangrijk argument. Als echte techneut ben ik ook gek op gadgets. Tenslotte is het comfort voor ons ook een fijne extra: elke kamer een eigen temperatuurregeling.

In de praktijk hebben we te maken met een of meerdere energieverbruikers zoals circulatiepompen, regelsystemen met ventielen enz. Als een warmtepomp bijvoorbeeld een vermogen heeft van 1,8 kW en een COP van 6 dan is het elektrisch opgenomen vermogen 300 W. Als we een regelsysteem hebben (denk aan Evohome, Alpha home) met ventielen en een circulatiepomp voor de vloerverwarming met een totaal vermogen van 100 W, dan lijkt de COP te dalen naar 1,8/ 0,4 = 4,5. Het is dus heel belangrijk om de kleine verbruikers in de gaten te houden. Als het vermogen van de warmtepomp 3 keer zoveel is, dan is dit effect aanmerkelijk minder. Het zal duidelijk zijn dat bij het vergelijken van warmtepompen ook de periferie vergelijkbaar moet zijn.