De toekomst van de warmtepomp
Opleidingscentrum GO0 organiseerde in samenwerking met brancheorganisatie NVKL onlangs een online variant van de Dag van de Warmtepomp. In twee sessies werden de laatste ontwikkelingen voor installateur én consument op een rij gezet.
Met een productietijd van miljoenen jaren, kunnen we de fossiele brandstoffen die we nu voor verwarming gebruiken, niet bepaald hernieuwbaar noemen. Omdat verreweg het overgrote deel van de huishoudens fossiele brandstoffen gebruikt voor stroom, verwarming en vervoer komt er een hoop CO2 vrij. Los daarvan zijn de (toegankelijke) fossiele brandstoffen naar verwachting over 60 jaar op terwijl we in Nederland al in 2050 van het aardgas af willen zijn. Transitie is dus het toverwoord!
Hybride
Om het effect van die transitie dan maar gelijk tastbaar te maken: de energie die in het huishouden wordt gebruikt voor verwarming kan van een cv-ketel of warmtepomp komen. Het rendement van de warmtepomp is daarbij 1,36; dat van een hoogrendement cv-ketel 0,96. Door inzet van de warmtepomp kan dus al 40% op het energiegebruik worden bespaard (mits het gebouw voldoet aan de eisen). Daar komt nog eens bij dat met de warmtepomp niet alleen kan worden verwarmd maar meestal ook kan worden gekoeld. Meer comfort dus. Verwacht wordt dat de cv-ketel nog wel even zal blijven hangen maar dat daarnaast een warmtepomp wordt ingezet. Een hybride oplossing dus zolang de wereld nog niet volledig all-electric is.
Hernieuwbaar
Terug naar de fossiele brandstoffen: die gaan steeds sneller plaats maken voor hernieuwbare energie. Een mooi voorbeeld is zonne-energie die met behulp van zonnepanelen wordt opgewekt. Maar ook geothermie of aardwarmte blijkt een mooie, schone vorm van energie. Andere vormen waaraan kan worden gedacht zijn waterkracht, een energiebron die eigenlijk onuitputtelijk is, en in het verlengde daarvan golf- en getijdenenergie. Andere populaire hernieuwbare energiebronnen zijn biomassa en bio-energie. Ook voor de opslag van hernieuwbare energie komen steeds meer alternatieven voorhanden. Dat kan bijvoorbeeld met energiebollen op de zeebodem waarmee gemiddeld zo’n 20 MWh per stuk aan energie kan worden opgeslagen. Ook zoutwaterbatterijen voor woningen worden inmiddels toegepast.
Flinke groei
De warmtepompmarkt vertoont al een flink aantal jaren een groei in aantallen en in warmteproductie. Installateurs verwachten de komende jaren zelfs een verdubbeling van de verkoop te kunnen realiseren. Het grootste deel van de markt wordt daarbij gevormd door eengezinswoningen of appartementencomplexen in bestaande én nieuwbouw. De meest verkochte variant is de buitenluchtwarmtepomp. In de industrie zijn met name bodemwarmtepompen met een gesloten systeem favoriet.
Ontwikkelingen
Wanneer wordt ingezoomd op de warmtepomp zelf, kan worden geconstateerd dat de hybride (lucht/water) warmtepomp met gas-bijstook met name wordt ingezet voor de renovatiemarkt. Daarnaast wordt een kleine individuele laagtemperatuur water/water-warmtepomp ontwikkeld en wordt ingezet op een ventilatiewarmtepomp die de binnenlucht van woningen gebruikt en als hybride variant wordt toegepast. De nieuwste ontwikkelingen maken het daarnaast mogelijk dat buitenlucht nog tot temperaturen van -20 °C kan worden ingezet. Hierdoor wordt het toepassingsgebied van de lucht/water-warmtepompen alleen maar groter. Andere trends zijn de ontwikkeling van gestandaardiseerde plug&play installatieconcepten voor nieuwbouw en renovatie en de ontwikkeling van warmtepompen die steeds hogere temperaturen kunnen leveren. Er zijn zelfs al temperaturen mogelijk waarmee aan de eisen met betrekking tot legionella kan worden voldaan. Daarmee kan de warmtepomp nog eenvoudiger in centrale warmtedistributiesystemen in de bestaande bouw worden ingezet.
Verder maakt de ontwikkeling van softwareapplicaties de monitoring van warmtepomp(system)en op afstand mogelijk – via een smartphone-app gaat dat ook voor de consument gelden. In de woonomgeving zien we nu warmtepompsystemen terugkomen met een capaciteit van 5 kW thermisch voor een gemiddelde woning en bijbehorend opslagvat voor tapwater van 150 liter. Dat is fors kleiner dan in andere Europese landen waar al snel met een capaciteit van 25 kW en opslagvat van 300 liter wordt gewerkt.
Met deze ontwikkelingen in het achterhoofd is de warmtepomp in nieuwbouwprojecten momenteel dé stand der techniek. Een absolute noodzaak als de achterliggende opgave nog eens voor de geest wordt gehaald: 7 miljoen huishoudens moeten in 30 jaar tijd worden ‘omgebouwd’. Per jaar zijn dat 230.000 woningen; een ‘pittige’ opgave.
Wet- en regelgeving
Tijdens het webinar van Opleidingscentrum GO werd ook stilgestaan bij richtlijnen en wet- en regelgeving. Van de vele vernieuwingen en veranderingen die vanuit Europa worden ingegeven, werd bij een drietal onderwerpen genoemd. Zo moet conform de Europese Richtlijn EPBD (European Performance of Building Directive) na 2020 energieneutraal worden gebouwd. Dit is relatief eenvoudig omdat de technologieën hiervoor eigenlijk al voorhanden zijn: een goede bouwfysica in combinatie met hernieuwbare energie.
Daarnaast is er de F-gassenverordening die in 2015 in werking trad en waarin is vastgelegd dat de hoeveelheid HFK’s in 2030 met een factor 5 moet zijn teruggebracht ten opzichte van 2015. Het natuurlijke koudemiddel propaan laat een COP zien van rond de 5 met hogere temperaturen. Propaan (R290) heeft een GWP van 3 en is daarmee vele malen beter voor het klimaat dan R410a (GWP van 2088). Er zijn al monoblock- en hybride toestellen die op propaan werken.
Een derde ontwikkeling betreft de certificering overeenkomstig de BRL 6000 voor installatiebedrijven die gaat gelden voor elektriciteit, gas, water en waterafvoer, klimaatinstallaties, energieomzetting en onderhoud en beheer van installaties.
Ook vanuit de Nederlandse en gemeentelijke overheden geldt wet- en regelgeving die betrekking heeft op de warmtepomp. Zo is er de omgevingswet die bedoeld is om de energie- en warmtetransitie van steden, dorpen en wijken te versnellen. Verder is in het regeerakkoord de regionale energiestrategie vastgelegd: op regionaal niveau wordt een doelmatige aanpak uitgewerkt voor een optimale mix aan energiebesparing, duurzame warmte en duurzame opwekking. En daarnaast is er het warmtetransitieplan waarin per wijk wordt aangegeven welke alternatieve warmtevoorziening verwacht wordt.
Toekomst
Al die plannen moeten mogelijk worden met de nieuwe generatie warmtepompen. Deze heeft een bredere inzetbaarheid door een aantal technische ontwikkelingen die hun oorsprong hebben in de klimaat- en koudetechniek. Denk hierbij aan flashinjectie van koudemiddelen in de compressor, waarmee lagere temperatuurbronnen zoals buitenlucht toch effectief kunnen worden ingezet. Voor grotere systemen (vanaf 100 kW) is hiervoor de compressiecyclus in twee trappen geïntroduceerd.
Daarnaast mag de invertertechniek niet onvermeld blijven. Hiermee kan de warmtepomp traploos en met een gering rendementsverlies naar 10% van de capaciteit worden terug geregeld. Op deze manier kan een grotere capaciteit worden neergezet waarmee zowel pieklast als tapwatervoorziening kan worden opgevangen terwijl ook de basislast effectief kan worden bediend.
Door de verdere aanscherping van de Europese F-gassenverordening, zullen steeds vaker natuurlijke koudemiddelen worden ingezet. De CO2 -warmtepomp kan nu al goed worden ingezet voor koeling in supermarkten of om aan een grote vraag naar warme tapwater te kunnen voldoen. Zelfs heet water tot 90 °C met desinfecterende werking is geen probleem. En met het toenemende belang van tapwaterverwarming zijn de vooruitzichten voor de CO2-technologie bijzonder gunstig. Ook propaan en butaan zijn geschikte koudenmiddelen alhoewel ze als nadeel hebben dat ze brandbaar en explosief zijn. Deze worden dan ook nog niet grootschalig toegepast maar daar zal in de toekomst zeker verandering in komen.
Uitdaging
De grootste uitdaging voor de toekomst is het economisch aantrekkelijk en betaalbaar maken van concepten voor het energieneutraal maken van de renovatiemarkt. Dat kan onder meer door:
- lagere kostprijs van componenten voor hernieuwbare energie (bijv. zonnepaneel);
- optimalisatie en industrialisatie van het bouwproces;
- standaardisatie van integrale bouwcomponenten en oplossingen voor de bestaande bouw.
Energietransitie staat daarmee eigenlijk synoniem voor verandering van de manier waarop we energie winnen. En die verandering moet mogelijk zijn want voorbeelden van succesvolle energietransitie zijn er in overvloed. Neem de rioolwarmte die gecombineerd met een warmtepomp zorgt voor verwarming van een zwembad. Het temperatuurverschil van 1 tot 2 graden is weliswaar gering, maar door de hoeveelheid maakt ook die kleine verhoging al een wereld van verschil. Naast de besparing op de stookkosten van 50% zorgt deze techniek ook voor een stevige vermindering van de CO2-uitstoot
‘50 graden test prima, maar wel langer dan 2 weken’
Begin deze week meldden we op Installatienet dat voorlichtingsorganisatie Milieu Centraal en marktversneller Enpuls de ‘50 graden test’ aanbieden. Het bericht werd veel gelezen en ook op onze sociale mediakanalen kwamen flink wat reacties binnen. Het initiatief wordt vooral als positief ervaren. Maar vraagtekens werden gezet bij de korte duur van de test. ‘Twee weken is veel te kort’ en ‘Test als het buiten ook koud is’.
De ‘50 graden test’ houdt in dat bewoners twee weken de aanvoertemperatuur van de cv-ketel op 50 graden zetten. Na afloop evalueren zij het comfort in huis met hulp van een online tool. Een woning die goed is geïsoleerd en met 50 graden voldoende comfort geeft, is geschikt voor verwarmen op lage temperatuur. Bijvoorbeeld met een volledige of hybride warmtepomp.
‘Ga een zaterdag kieren en gaten dichten’
‘Dat is inderdaad een goede vuistregel maar doe dat niet twee weken’, reageert Jan Willem van de Groep. ‘Dat is echt veel te kort. Het gaat juist om die paar weken dat het echt koud is. Op de andere dagen zal een zelfmodulerende ketel (dat zijn de meeste tegenwoordig) zelf wel die temperatuur opzoeken. Het is jammer dat gasketels op dat punt niet uitleesbaar zijn anders was je er bij zelfmodulerende ketels op die manier achter gekomen. Tip, de grootste bron van kou is niet transmissie maar kieren en gaten. Ga dus een zaterdag kieren en gaten dichten. Dat scheelt al een flinke slok op een borrel.’
Ronald Luttik sluit zich hierbij aan: ‘Het beste inzicht krijg je inderdaad als het echt koud is. Vanuit de tool op de website van Milieu Centraal ontvang je daarom een bericht wanneer er een koude week aankomt om de ultieme test te doen. Als je woning op de minder koude dagen al niet goed warm wordt, kan je al eerder de conclusie trekken dat je je huis eerst nog beter moet isoleren.’
‘We hoeven niet binnen een maand van het gas af’
Willem Boeke ziet de zin van zo’n test ook in maar ook voor een langere periode. ‘Ga gewoon eens een hele winter op 45 of 50 graden draaien. Onze berekeningen geven relatief veel toeslagen om onzekerheden te compenseren (ventilatieverlies, -10 graden buiten, windsnelheid 5 m/s, aanwarmtoeslag etc.). Afgelopen winter is qua buitentemperatuur niet representatief. Steeds meer woningen hebben op de begane grond vloerverwarming waar je al met lage temperaturen moet werken. Hoe erg is het als het ‘boven’ wat langer duurt voordat de gewenste temperatuur bereikt wordt? Kortom, gewoon een lange periode zelf testen en ervaren. Maar 14 dagen testen bij een buitentemperatuur van 10 tot 15 graden is een zinloze actie. Je gebruikt dan hooguit 25% van je vermogen. Enne, ... we hoeven niet binnen een maand van het gas af.’
'De meeste modulerende cv-ketels zijn gewoon uitleesbaar'
Mike Sermo laat als reactie op bovenstaande weten dat de meeste modulerende cv-ketels, gewoon uitleesbaar zijn. ‘Zowel de radiator-aanvoertemperatuur als de pompsnelheid kun je altijd zien, zonder deze te moeten opvragen in het cv-ketelmenu. De modulerende cv-ketel zoekt zijn starttemperatuur wel op, maar als je de radiatortemperatuur op bijvoorbeeld 80 graden Celsius zet, heb je gewoon kans dat de cv-ketel bij het starten even deze 80 graden gebruikt om snel op te warmen en dat moet je voorkomen door de aanvoertemperatuur naar de radiatoren zo laag mogelijk in te stellen. Het zal wel iets langer duren voordat een vertrek de gewenste temperatuur heeft, maar dat is in te stellen als je een modulerende klokthermostaat hebt.
Deze afbeelding van het rendement van een cv-ketel laat zien waarom de verlaging van de aanvoertemperatuur belangrijk is.
'Probeer de verwarming eens te regelen met de radiatortemperatuur, (verhogen of verlagen) en niet meer met de kamerthermostaat', vervolgt Sermo. 'De TuDelft heeft ook al een dergelijk project: https://www.tudelft.nl/scd/waterlab/doe-mee-aan-onderzoek/project-5-zet-m-op-70/. Verder kun je denken aan het gebruiken van radiator-ventilatoren, om het vermogen van je radiatoren te vergroten. Om het een succes te maken is het wel belangrijk dat er cv-buisisolatie is/wordt aangebracht op plaatsen waar dat nut heeft.’