Vergelijking rendement verschillende types warmtepompen

Vergelijking van het rendement van verschillende types warmtepompen

In het kader van het IWT-WP-DIRECT Project gefinancierd door het IWT en uitgevoerd door onder meer de KULeuven en het De Nayer Instituut werd het werkelijke rendement van 17 warmtepompen opgemeten en vergeleken. Warmtepompen zijn tegenwoordig wat een hype en verkopers geven mensen soms de indruk dat warmtepompen altijd een goed rendement hebben en dus een goede investering zijn. Maar is dat ook echt zo? De metingen uitgevoerd in dit project geven een inzicht in de reële rendementen en zijn dus bijzonder interessant.

Er werden 17 warmtepompen opgemeten in België en 2 in Nederland:

De volgende systemen werden opgemeten en gedurende een volledig jaar gemonitord:

  • 1 Water/Water
  • 1 Horizontaal Bodem/Water
  • 4 Verticaal Bodem/Water
  • 2 DX/Water (DX = directe expansie; koelmiddel verdampt in de leidingen die in de grond liggen)
  • 11 Lucht/water

Hierbij moet wel 1 belangrijke opmerking gemaakt worden: er werd samengewerkt met verschillende fabrikanten en zij mochten kiezen welke systemen gemonitord werden. We mogen er dus vanuit gaan dat de resultaten ’bestcasescenario’s’ zijn.

Wat werd er gemeten?

Het rendement van een warmtepomp wordt dikwijls opgegeven door de COP (coefficient of performance). De COP is echter een theoretisch rendement dat geen rekening houdt met het verbruik van pompen, ventilatoren, buffervat verwarming, naverwarming ... en gemiddeld kan men stellen dat de COP verminderd moet worden met ongeveer 0.4 - 0.7, afhankelijk van het type warmtepomp, om het reële rendement te bekomen. Dit reële rendement wordt op jaarbasis uitgedrukt met de SPF (seizoensprestatiefactor) en op maandbasis hebben we het over de PF (prestatiefactor). Als een systeem een SPF van 3 heeft, wil dat zeggen dat 1 eenheid elektriciteit die door de warmtepomp wordt opgenomen, omgezet wordt in 3 eenheden warmte. In dit project werd het verbruik voor verwarmen en opwekken van sanitair warm water op maandbasis gemeten. Zo bekomt men een PF voor elke maand en kunt u over 12 maanden de SPF berekenen.

Water/Water warmtepomp

Dit type warmtepomp haalt zijn energie uit grondwater en verwarmt het huis met een warmwatercircuit. In de eerste afbeelding zien we de verhouding tussen het verbruik van energie voor ruimteverwarming en sanitair warm water. In de zomermaanden is er bijna geen energieverbruik voor verwarming en wordt bijna alle opgewekte warmte gebruikt om sanitair warm water te produceren.

In de onderstaande grafiek zien we de resultaten van de meting. In het paars zien we telkens het energieverbruik voor sanitair warm water en in het blauw het verbruik voor verwarming. De zwarte lijn geeft de SPF weer en de rode lijn de PF. We zien dat de PF in de zomermaanden veel lager is. Dat komt vooral doordat er in deze periode bijna enkel sanitair warm water moet geproduceerd worden, maar ook door het elektrische stand-byverlies van de warmtepomp. Doordat er minder warmte geproduceerd wordt, stijgt het aandeel van het elektrische verbruik van de regeling (die constant aanstaat) aanzienlijk in verhouding met het totale elektrische verbruik.

Horizontaal bodem/water warmtepomp

Deze warmtepomp haalt zijn warmte uit 15 horizontale watercircuits die op een diepte van 80-150 cm begraven liggen. Voor deze warmtepompen werden dezelfde grafieken als hierboven opgesteld. In december was er een datacommunicatieprobleem en voor die maand zijn er dus geen gegevens.

Verhouding tussen het verbruik van energie voor ruimteverwarming en sanitair warm water:

Resultaten van de meting over 12 maanden:

Verticale bodem/water warmtepomp

Er werden meerdere verticale bodem/water warmtepompen opgemeten. De onderstaande figuren zijn voor een warmtepomp die zijn warmte haalt uit 3 U-vormige diepteboringen tot een diepte van 90 m.

Verhouding tussen het verbruik van energie voor ruimteverwarming en sanitair warm water:

Resultaten van de meting over 12 maanden:

DX/water warmtepomp

Een DX warmtepomp is ook een bodemgekoppelde warmtepomp, maar ze werkt iets anders dan de bovenstaande types. In een DX warmtepomp verdampt het koelmiddel direct in de buizen die in de grond liggen en condenseert het in de buizen in de vloerverwarming. Er wordt dus niet met een apart koelmiddelcircuit en warmwatercircuit gewerkt zoals in de bovenstaande bodemwarmtepompen. Het voordeel van DX warmtepompen is dat er geen overdracht is van warmte van het koelmiddel naar het warmwatercircuit in de vloerverwarming en hierdoor heeft een DX warmtepomp ook minder overgangsverliezen. De onderstaande figuren zijn voor een DX warmtepomp die zijn warmte haalt uit 4 kringen van 70 m lang die op 120 cm diepte begraven liggen.

Verhouding tussen het verbruik van energie voor ruimteverwarming en sanitair warm water:

Resultaten van de meting over 12 maanden:

Lucht/water warmtepomp

Dit type warmtepomp haalt zijn energie uit de buitenlucht en verwarmt het huis met een warmwatercircuit. Lucht/water warmtepompen hebben altijd een lager rendement dan grondgekoppelde warmtepompen omdat de er, zeker in de winter, minder energie in de buitenlucht aanwezig is. Er werden meerdere lucht/water warmtepompen opgemeten en de onderstaande figuren zijn voor een lucht/water warmtepomp van 8 kW.

Verhouding tussen het verbruik van energie voor ruimteverwarming en sanitair warm water:

Resultaten van de meting over 12 maanden:

Samenvatting resultaten

De resultaten voor de 19 opgemeten warmtepompen vatten we samen in de onderstaande tabel:


Type warmtepomp SPF
water/water warmtepomp 3.9
horizontale bodem/water warmtepomp 4.0
verticale bodem/water warmtepomp 1 4.6
verticale bodem/water warmtepomp 2 4.8
verticale bodem/water warmtepomp 3 4.6
verticale bodem/water warmtepomp 4 2.9
DX/water warmtepomp 1 3.2
DX/water warmtepomp 2 3.2
lucht/water warmtepomp 1 2.7
lucht/water warmtepomp 2 2.5
lucht/water warmtepomp 3 2.8
lucht/water warmtepomp 4 3.3
lucht/water warmtepomp 5 2.7
lucht/water warmtepomp 6 2.6
lucht/water warmtepomp 7 3.4
lucht/water warmtepomp 8 2.7
lucht/water warmtepomp 9 3.5
lucht/water warmtepomp 10 2.8
lucht/water warmtepomp 11 2.2

Als we de gemiddeldes berekenen per type warmtepomp krijgen we de volgende tabel:


Type warmtepomp Gemiddelde SPF
water/water warmtepomp 3.9
horizontale bodem/water warmtepomp 4.0
verticale bodem/water warmtepomp 4.7
DX/water warmtepomp 3.2
lucht/water warmtepomp 2.8

Hierbij moet 1 opmerking gemaakt worden: de verticale bodem/water warmtepomp 4 was een experimentele warmtepomp waarvan de resultaten toch slechter waren dan we verwachtten. Deze warmtepomp is dus niet representatief voor verticale bodem/water warmtepompen en werd daarom niet meegerekend in het gemiddelde.

Conclusie

Warmtepompen die hun energie uit de bodem halen, hebben duidelijk een hoger rendement dan luchtwarmtepompen. 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 bodemgekoppelde warmtepomp dus altijd beduidend hoger zijn dan dat van een luchtwarmtepomp.

Als we de vergelijking maken met een condenserende aardgasketel komen we ook tot een interessante conclusie. De meeste condenserende aardgasketels hebben een rendement van ongeveer 108%. Dit is historisch zo gegroeid omdat men er vroeger van uitging dat er sowieso 11% verlies was en men 89% dus gelijk stelde aan 100%. Deze 11% verlies heeft men met behulp van condenserende ketels toch wat kleiner kunnen maken en een ketel met een rendement van 108% heeft dus een werkelijk rendement van 97%. We kunnen dus stellen dat condenserende ketels bijna alle energie omzetten in warmte.

Aardgas kost ongeveer 0.07 euro/kWh en elektriciteit kost ongeveer 0.20 euro/kWh. Elektriciteit is dus bijna 3 keer zo duur als aardgas en uiteindelijk verbruiken warmtepompen elektriciteit. Als een warmtepomp een SPF heeft van 4 wil dat zeggen dat per eenheid elektriciteit die verbruikt wordt er 4 eenheden warmte worden geproduceerd. Een warmtepomp met een SPF van 2.8 kost dus meer aan verbruik dan een condenserende aardgasketel. Per eenheid warmte die er wordt opgewekt betaalt men immers 0.20/2.8 = 0.071 euro/kWh en bij een condenserende aardgasketel is dit slechts 0.07 euro/kWh.

We kunnen bijgevolg niet stellen dat warmtepompen altijd een goede investering zijn. Bodemgekoppelde warmtepompen hebben een rendement dat hoog genoeg is om winst te genereren t.o.v. een condenserende ketel, maar zijn ook zeer duur, zeker als er diepteboringen worden gedaan. Als we ervan uitgaan dat de woning waarin de warmtepomp wordt geplaatst goed geïsoleerd is, zal er ook maar weinig verwarmingsvraag zijn en zal deze meerkost dus ook zeer traag worden terugverdiend. Lucht/water warmtepompen met een SPF lager dan 3 zijn in verbruik duurder dan een condenserende aardgasketel. Dit type warmtepomp heeft dus enkel nut als er ook zonnepanelen in het gebouw voorzien worden. Met een SPF van 3 verbruikt een lucht/water warmtepomp wel 3 keer minder dan gewone elektrische verwarming en als men zelf zijn elektriciteit kan opwekken, is een lucht/water warmtepomp dus wel een goede investering. Hier gaan we er dan wel van uit dat men de elektriciteit die men in de zomer opwekt in de winter kan gebruiken om te verwarmen. Voorlopig kan dat nog omdat de teller in de winter vooruit draait en in de zomer achteruit en men de teller maar eenmaal per jaar opmeet. In de toekomst wil men het verbruik elke dag gaan opmeten met behulp van slimme meters en zal men mensen die stroom naar het net sturen hier ook een kleine kost voor laten betalen. Als we deze kost in rekening brengen, verandert de situatie opnieuw, maar het is niet mogelijk om hier nu een inschatting rond te maken. De invoering van slimme meters is dan ook nog niet voor morgen. Er wordt momenteel veel onderzoek naar gedaan, maar we moeten niet verwachten dat slimme meters binnen de 5 jaar zullen worden ingevoerd.

Het volledige eindverslag van het IWT-WP-DIRECT Project met alle resultaten kunt u hier downloaden: DOWNLOAD



Comments

Luccolman 18:01, 29-01-2017

Het rendement van een gaskachel is niet hoger dan 30%. Het rendement van 97% houdt geen rekening met het feit dat je lucht nodig hebt om zuurstof te krijgen voor de verbranding. Deze lucht wordt mede opgewarmd en naderhand uitgestoten. Zelfs bij condenserende gaskachels is de uitgaande lucht warmer dan de ingaande lucht. Het rendement zakt zelfs dramatisch naarmate het kouder wordt. Bovendien gaat de verbranding slechter naarmate het kouder wordt.


Patrickvanderhulst148@gmail.com 09:43, 12-05-2017

Heeft iemand een vergelijking tussen verschillende merken van WP ? Ik heb een MASSER grond/water en ben serieus verschoten van het verbruik aan elektriciteit. Deze wordt aleen gebruikt voor vloerverwarming. Daarnaast eveneens een Masser lucht/water voor het warm water productie.


Maak een comment