Vergelijking rendement verschillende types warmtepompen

Vergelijking van het rendement van verschillende types warmtepompen

In het kader van het WP-direct project gefinancierd door het IWT en uitgevoerd door onder meer KULeuven en het De Nayer Instituut werd het werkelijke rendement van 17 warmtepompen opgemeten en vergeleken. Warmtepompen zijn tegenwoordig een beetje 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 wel 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 gedurende een volledig jaar gemonitord:

  • 1 Water/Water
  • 1 Horizontaal Bodem/Water
  • 4 Verticale 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 "best-case-scenarios" 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 (sezoens prestatie factor) en op maandbasis praten we over de PF (prestatie factor). Als een systeem een SPF van 3 heeft wil dit zeggen dat 1 eenheid elektriciteit die door de warmtepomp wordt opgenomen omgezet wordt in 3 eenheden warmte. In dit project werd het verbruik voor verwarming en opwekken van sanitair warm water op maand basis opgemeten. Dit geeft voor elke maand een PF en als men dit over 12 maanden bekijkt kan met de SPF berekenen.

Water/Water warmtepomp

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

In de onderstaande grafiek zien we de resultaten van de meting. In het paars zien we telkens het energie verbruik 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 zomer maanden veel lager is. Dit komt vooral doordat er in deze periode bijna enkel sanitair warm water moet geproduceerd worden, maar ook door het elektrische standby-verliezen van de warmtepomp. Doordat er minder warmte geproduceerd wordt, stijgt het aandeel van het elektrisch verbruik van de regeling (die constant aanstaat) aanzienlijk in verhouding met het totaal elektrisch verbruik.

Horizontaal bodem/water warmtepomp

Deze warmtepomp haalt zijn warmte uit 15 horizontaal water circuits die op een diepte van 80-150cm begraven liggen. Voor deze warmte pompen werden dezelfde grafieken als hierboven opgesteld. In december was er een data communicatie probleem en voor deze maand zijn er dus geen gegevens.

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

Resultaten van de meting over 12 maanden:

Verticale bodem/water warmtepomp

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

Verhouding tussen en 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 bodem gekoppelde 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 en appart koelmiddel circuit en warmwater circuit gewerkt zoals in de bovenstaande bodem warmtepompen. Het voordeel van DX warmtepompen is dat er geen overdracht is van warmte van het koelmiddel naar het warmwater circuit 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 70m lang die op 120cm diepte begraven liggen.

Verhouding tussen en 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 warm water circuit. Lucht/water warmtepompen hebben altijd een lager rendement dan grond gekoppelde 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 8kW.

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

Resultaten van de meting over 12 maanden:

Samenvatting resultaten

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


Type warmtepomp SPF
water/water warmtepomp 3.9
horizontaal 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
horizontaal 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 als men verwacht had. Deze warmtepomp is dus niet representatief voor verticale bodem/water warmtepompen en werd daarom niet meegerekend in het gemiddelde.

Conclusie

Warmtepompen die energie uit de bodem halen hebben duidelijk een hoger rendement dan lucht warmtepompen. Dit is eenvoudig te verklaren als we weten dat bij horizontale leidingen de gemiddelde grond temperatuur +/- 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 bodem collector zal het rendement van een bodem gekoppelde warmtepomp dus altijd beduidend hoger zijn dan dat van een lucht warmtepomp.

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 vanuit ging 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 dit 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 eenheid warmte die er wordt opgewekt betaald men immers 0.20/2.8 = 0.071 euro/kWh en bij een condenserende aardgasketel is dit slechts 0.07 euro/kWh.

Men kan dus niet stellen dat warmtepompen altijd een goede investering zijn. Bodem gekoppelde 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 er vanuit gaan 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 terug verdient. 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 als gewone elektrische verwarming en als men zelf zijn elektriciteit kan opwekken is een lucht/water warmtepomp dus wel een goed investering. Hier gaan we er dan wel vanuit 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 1 maal 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 weer, maar het is niet mogelijk om hier nu een inschatting rond te maken. De invoering van slimme meters is echter niet voor morgen. Er wordt momenteel veel onderzoek naar gedaan, maar we moeten niet verwachten dat slimme meters binnen de 5 jaar gaan worden ingevoerd.

Het volledige eindverslag van het WP-direct project met alle resultaten kan men 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