Hoe de overstap naar een warmtepomp rechtvaardigen
Omdat een warmtepomp duurder is in aankoop dan een ketel, hebben klanten vaak nog wat extra overtuiging nodig. De grootste troef van warmtepompen is de ongekende efficiëntie: met één eenheid energie kan tot wel vijf eenheden warmte worden gegenereerd. Omdat de installatie daarenboven volledig op elektriciteit werkt, vindt er lokaal geen CO2-uitstoot plaats en kan het systeem naadloos worden gekoppeld aan hernieuwbare bronnen zoals zonnepanelen. Zo vormt de warmtepomp de ideale brug naar een duurzame en zelfvoorzienende toekomst.
Werkt op energie die gratis beschikbaar is in de natuur
Waar een ketel warmte opwekt door de verbranding van een fossiele brandstof zoals gas of olie, werkt een warmtepomp volgens een geheel ander principe.
Het koelmiddel speelt in de warmtepomp een centrale rol. Het bevindt zich in een gesloten circuit en heeft andere thermodynamische eigenschappen dan water. Het koelmiddel heeft namelijk een veel lager kookpunt bij dezelfde druk. Door de druk aan te passen, kan het koelmiddel al verdampen bij lage temperatuur (bv. -20 °C tot +35 °C), wat essentieel is voor het gebruik in warmtepompen.
In de warmtepomp laat men het koelmiddel verdampen door warmte uit de bron (dat is de buitenlucht, de bodem of grondwater) in contact te brengen met het koelmiddel. Dat gebeurt in de verdamper. Daar verdampt het koelmiddel en wordt het gasvormig.
Vervolgens gaat dit gas richting de compressor, waar het gas wordt samengeperst. Door die samendrukking stijgen de druk en temperatuur van het gas sterk.
In de condensor, vervolgens, geeft het warme gas zijn warmte af aan het water van de verwarmingsinstallatie, of aan de binnenlucht. Daardoor condenseert het koelmiddel en wordt het opnieuw vloeibaar.
Het vloeibare koudemiddel gaat ten slotte richting het expansieventiel, waar de druk van het koelmiddel wordt verlaagd, vooraleer het opnieuw naar de verdamper gaat en het proces opnieuw begint.
Tal van modellen voor nieuwbouw en renovatie
Er zijn grosso modo 4 soorten warmtepompen:
- bodem-water warmtepompen (soms ook grond-water of geothermie genoemd)
- water-water warmtepompen (soms ook aquathermie genoemd)
- lucht-water warmtepompen
- lucht-lucht warmtepompen
De twee woorden met streep ertussen geven aan hoe de warmtepomp werkt. Het eerste woord maakt duidelijk waar de warmtepomp de warmte haalt om het koelmiddel te verdampen. Deze energie is gratis beschikbaar uit de natuur. Dat kan de bodem zijn, water (bv. grondwater of een kanaal …) of de buitenlucht. Het tweede woord beschrijft waaraan het koelmiddel de opgewekte warmte afgeeft. Dat is in de praktijk meestal water, of met andere woorden: een afgiftesysteem op water, zoals vloerverwarming of radiatoren. Het kan ook de lucht zijn, namelijk de binnenlucht.
Soms is er ook sprake van:
- hybride warmtepompen: dat zijn in feite lucht-water warmtepompen die worden gecombineerd met een fossiele verwarmingsketel. De ketel springt enkel bij als de warmtepomp alleen niet voldoende vermogen kan leveren.
- hogetemperatuurwarmtepompen: deze warmtepompen (bodem-water, water-water of lucht-water) halen hogere afgiftetemperaturen (tot wel 70 °C) dan klassieke warmtepompen (tussen 35 en 55 °C). Nieuwe warmtepompen kunnen door het gebruik van propaan als koelmiddel vaak hogere temperaturen halen, en vallen dus vaker onder de noemer hogetemperatuurwarmtepompen. Deze hogetemperatuurwarmtepompen zijn echter minder efficiënt als ze enkel gebruikt worden om hoge temperaturen aan te maken. Als ze echter gekoppeld worden aan een lagetemperatuurafgiftesysteem, dan zullen ze minstens even goed presteren als lagetemperatuurwarmtepompen.
Veel efficiënter dan een ketel
Een klassieke verwarmingsketel (gas, elektrisch) maakt warmte door energie om te zetten:
met 1 kWh elektriciteit/energie wordt ongeveer 1 kWh warmte opgewekt. Dat resulteert in een rendement van ongeveer 94%.
Een warmtepomp daarentegen haalt warmte uit de omgeving (lucht, grond of water) en gebruikt maar een beetje elektriciteit om die warmte op te waarderen (via de compressor) en in de woning te brengen: met 1 kWh elektriciteit kan 3 tot 5 kWh warmte worden opgewekt. Dat staat met andere woorden gelijk met een rendement van 300 tot 500% of een COP (Coefficient of Performance) tussen 3 en 5.
De COP hangt vooral af van hoe hard de compressor moet zwoegen. Dat wordt bepaald door het verschil tussen de temperatuur van de bron (buiten) en de gewenste afgiftetemperatuur (binnen).
Hogere brontemperatuur = hogere efficiëntie
Stel dat de bodem 10 °C is. Omdat de bodem warm is (ook bij een buitentemperatuur van -5 °C), verdampt het koelmiddel al bij een hogere druk. De compressor krijgt dus een "vliegende start": hij hoeft het gas veel minder hard samen te persen om de gewenste eindtemperatuur te bereiken. Hoe minder druk de compressor hoeft op te bouwen, hoe minder elektrische energie er wordt verbruikt.
Lagere afgiftetemperatuur = hogere efficiëntie
Een warmtepomp werkt veel efficiënter met vloer-, wand- en plafondverwarming (waarbij het water ongeveer 35 °C is) dan met klassieke radiatoren (die vaak 65 °C nodig hebben).
De gewenste temperatuur in het afgiftesysteem (vloerverwarming of radiatoren) dicteert de vereiste condensatiedruk. Bij een lage afgiftetemperatuur (35 °C) hoeft de compressor het gas slechts samen te persen tot de druk die hoort bij een condensatietemperatuur van circa 40 °C. Maar bij hoge afgiftetemperaturen (65 °C) moet de compressor een aanzienlijk hogere einddruk realiseren. Dat verhoogt niet alleen de benodigde arbeid, maar zorgt ook voor grotere interne verliezen (warmte-ontwikkeling in de compressor zelf), wat de algehele efficiëntie negatief beïnvloedt.
In de praktijk wordt voor de beoordeling van een warmtepomp veelal over SCOP (= Seasonal Coefficient of Performance) gesproken in plaats van COP. Dat is immers een betere graadmeter om de performance van een warmtepomp de beoordelen. De SCOP berekent namelijk het gemiddelde rendement over een volledig verwarmingsjaar, en neemt dus ook minder gunstige omstandigheden, zoals koude winterdagen, mee in de berekening.
Net zoals bij een ketel, dient de warmtepomp over voldoende vermogen (kW) te beschikken om het gebouw voldoende te kunnen verwarmen, ook op de koudste dagen.
Om het benodigde warmtepompvermogen te kunnen bepalen, dient een warmteverliesberekening te worden gemaakt. Dat kan:
- op gebouwniveau: is bruikbaar als globale schatting
- per ruimte: zorgt dat een correcte dimensionering van de warmtepomp en de afgiftesystemen mogelijk is (elke ruimte heeft immers een ander warmteverlies naar gelang zijn oriëntatie (zuid/noord), isolatie (dak/muur), ventilatiedebiet …)
Buildwise heeft voor de warmteverliesberekening van een gebouw twee tools ontwikkeld:
Standard Heatload, is een Excel-bestand waarmee gedetailleerde berekeningen kunnen worden gemaakt per ruimte.
Heatload Webapplicatie, geeft online een snelle schatting op basis van de EPB-gegevens of het energieverbruik van het gebouw. Ook andere partners hebben gelijkaardige tools ter beschikking.
Er kan ook mee worden gekoeld...
Lucht-lucht warmtepompen kunnen actief koelen. De warmtepomp wordt dan omgekeerd gebruikt: in plaats van warmte uit de buitenlucht te halen en naar de woning te brengen, wordt warmte uit de woning naar buiten afgevoerd. Hierdoor koelt de binnenlucht af. De condensor wordt met andere woorden verdamper, en de verdamper condensor.
Een bodem-water, lucht-water of water-water warmtepomp kan ook actief koelen. Dat gebeurt in combinatie met vloer- of wandverwarming, of ventiloconvectoren. Let wel de koelcapaciteit bij vloer- en wandverwarming is beperkter, omdat de minimale veilige watertemperatuur meestal rond 18 à 20 °C bedraagt. Is de watertemperatuur lager, dan kan condensatie optreden. Het koelvermogen van vloer- en wandverwarming blijft dus relatief laag. In de praktijk betekent dat de binnentemperatuur meestal ongeveer 2 à 4 °C daalt. Wat in de meeste gevallen (bij correcte zonnewering indien nodig) voldoende is voor een aangenaam zomercomfort.
Bij een bodem-water warmtepomp kan de koeling ook op een passieve manier. Men spreekt dan over passieve koeling. Door enkel de circulatiepompen te laten draaien wordt de koude uit de ondergrond gebruikt om het water in de vloer- en wandverwarming af te koelen. Zo wordt er sterk bespaart op werkingskosten in koelmodus.
Helpt mee voor sww
Een bodem-water, lucht-water of water-water warmtepomp verwarmt niet alleen het water voor de centrale verwarming, maar kan ook het water in een sanitair warmwaterboiler verwarmen.
De warmtepomp verwarmt water tot een hogere temperatuur (meestal 50 à 65 °C). Dat warme water stroomt door een warmtewisselaar (spiraal) in de boiler. De warmte wordt overgedragen aan het sanitaire water in het vat. Het warme sanitaire water wordt opgeslagen in de boiler totdat het nodig is (douche, bad, keuken). De typische inhoud van zo’n boiler is 200 tot 300 liter voor een gemiddelde woning.
De warmtepomp werkt hierbij meestal met prioriteit voor sanitair warm water. Dat betekent dat wanneer de boiler moet worden opgewarmd, de warmtepomp tijdelijk geen warmte levert aan de centrale verwarming. De werkingstijd voor sanitair warm waterbereiding is echter zo kort dat dit geen voelbaar discomfort geeft in de woning.
Om de ontwikkeling van legionellabacteriën te vermijden, dient het water één keer per week opgewarmd te worden tot ongeveer 60 °C. Dat kan op twee manieren:
– via een elektrisch weerstandselement in de boiler, of
– via een tijdelijke temperatuursverhoging door de warmtepomp zelf.
Lucht-lucht warmtepompen kunnen geen sanitair warm water opwekken. Hiervoor is een aparte warmtepompboiler of elektrische boiler nodig.
Met dank aan Bosch Home Comfort en Viessmann