Het verbruik van een warmtepomp.
Het verbruik van een warmtepomp wordt uitgedrukt in de Coefficient of Performance, of afgekort COP. Ongeacht de soort warmtepomp, luchtwarmtepomp of aardwarmtepomp, wordt het verbruik uitgedrukt in COP. Maar wat is de COP eigenlijk?
Een veelgemaakte fout is dat men een warmtepomp vergelijkt op basis van één COP getal. Maar één hoge COP waarde wil niet perse zeggen dat een warmtepomp zuinig is. Om appels met appels te vergelijken is de integrated value (geïntegreerde of gewogen waarde) en SCOP van belang. Ook is belangrijk om te weten wat de warmtepomp doet in deellast.
Bron warmtepomp
Een warmtepomp onttrekt warmte aan water of lucht en we onderscheiden de verschillende warmtepompsystemen op basis van waar ze warmte uit onttrekken. Als bron kan in principe alles gebruikt worden waarin warmte aanwezig is (al dan niet verkregen door de zon). Denk bijvoorbeeld aan bodemwarmte, oppervlaktewater, buitenlucht, ventilatielucht of restwarmte uit de industrie. De warmte wordt opgewaardeerd en afgegeven aan lucht of water voor de inzet van ruimteverwarming of warm tapwater. Om het proces op gang te brengen en te houden, is elektriciteit nodig.
Wat is de COP van een warmtepomp?
De COP is de verhouding tussen de afgegeven hoeveelheid warmte tegenover het elektriciteitsverbruik (opgenomen vermogen) van de warmtepomp. Dit is het makkelijkste uit te leggen aan de hand van een voorbeeld.
Voorbeeld: van alle energie die een warmtepomp levert, komen er vier delen energie uit een bron (lucht of water) en komt één deel van elektriciteit. Anders gezegd, de geleverde warmte van een warmtepomp bestaat voor elke 5 kWh warmte die hij produceert, uit 4 kW warmte uit de bron en 1 kW elektriciteit. De COP is in dit voorbeeld 5. In een rekensom ziet dat er als volgt uit:
Hoe hoger de COP, hoe minder elektriciteit er wordt verbruikt en hoe zuiniger de warmtepomp werkt. De terugverdientijd van een warmtepomp met een hoge COP is korter en er zijn minder zonnepanelen nodig om het verbruik ervan te compenseren. Best een belangrijk getal dus.
Afbeelding van een lucht/water warmtepomp
Rendement warmtepomp
In bovenstaande voorbeeld is de COP 5. Er is maar één deel elektriciteit nodig voor 5 delen warmte. Dat maakt het rendement van de warmtepomp 500% en is in de verwarmingssector ongekend. Ter vergelijk, zie hieronder de rendementen van elektrische verwarming en een Cv-ketel.
COP en rendement elektrische Cv-ketel of elektrische radiatoren
Bij een compleet elektrische ververwarming, zoals een elektrische Cv-ketel of een elektrische radiator, is het rendement lang niet zo goed. In het meest gunstigste geval, produceert een volledige elektrische verwarming voor elke kWh elektriciteit dat het verbruikt, 1 kWh warmte. In een rekensom is dat:
De COP is dus 1 en het rendement 100%. De input aan energie is gelijk aan de output. Maar belangrijker, een warmtepomp is 5 x zuiniger met elektriciteit dan een elektrische verwarming. Dat is mogelijk omdat een warmtepomp warmte uit een bron onttrekt en opwaardeert tot een bruikbaar niveau. Het grootste deel van de energie komt niet uit elektriciteit, maar uit de warmte van lucht of water.
COP en rendement Cv-ketel op gas
Een Cv-ketel op gas heeft te maken met verliezen. De warmte die vrijkomt met het verbranden van gas, kan niet voor 100% worden overdragen aan het water dat wordt verwarmd. Er is altijd sprake van warmteverlies wat neerkomt op een rendementsverlies. Daarnaast ontstaat er tijdens het verwarmen van het water in de Cv-ketel waterdamp die samen met rookgassen uit het schoorsteen verdwijnt. In het geval van een HR-ketel, wordt de waterdamp gecondenseerd en de warmte die daarbij vrijkomt weer opgevangen. Dat betekent minder verlies en een hoger rendement. Maar het rendement kan dus nooit 100% of hoger zijn. Het gemiddelde rendement van een Cv-ketel ligt rond de 90% en de COP is 0,9. Dat is dus ruim 5 x minder zuinig dan een warmtepomp. Sommige ketelfabrikanten claimen een rendement tot wel 107%. Op de volgende website wordt uitgelegd waarom dat niet kan: https://cvketelkiezen.nl.
Kosten Cv-ketel en warmtepomp vergeleken
COP warmtepomp is geen vast gegeven
De COP van een warmtepomp is afhankelijk van een aantal zaken:
- Ten eerste de warmtepomp zelf, hoe efficiënter de warmtepomp warm water of lucht produceert, hoe hoger de COP. Denk hierbij aan de toepassing van inverter compressors en elektronisch gestuurde expansieventielen.
- Daarnaast heeft de temperatuur van de bron (lucht of water) invloed op de COP. En dat geldt ook voor de temperatuur van het water / lucht dat de warmtepomp produceert. Hoe hoger de geproduceerde temperatuur, hoe hoger het verbruik, hoe lager de COP. Dat is eigenlijk logisch, het kost meer energie om water te verwarmen van 15˚C naar 80˚C, dan van 15˚C naar 35˚C.
COP lucht/water warmtepomp
Een lucht/water warmtepomp onttrekt letterlijk warmte uit de buitenlucht die is opgewarmd door de zon, ook als het vriest. Deze warmte wordt opgewaardeerd naar een bruikbaar niveau en afgegeven aan water voor het gebruik voor ruimteverwarming in vloerverwarming of radiatoren en/of het produceren van warm tapwater.
Deze warmtepomp bestaat (bijna) altijd uit een buitendeel en een binnendeel. Het buitendeel staat buiten en zuigt lucht aan en blaast deze lucht weer uit, maar dan kouder. Het temperatuurverschil daartussen is de opgenomen warmte van de warmtepomp.
U kunt zich voorstellen, dat wanneer het buiten kouder is, de warmtepomp harder moet werken om water te verwarmen, dan wanneer het warmer is. Er moet immers een groter verschil overbrugd worden. Dat betekent ook dat de COP fluctueert bij verschillende buitentemperaturen. Hoe kouder het buiten is, hoe lager de COP bij gelijke afgiftetemperaturen.
Dat betekent dat de COP van een luchtwarmtepomp weersafhankelijk is. Maar ook afhankelijk van het seizoen en locatie. In de winter is het kouder dan de zomer en moet de warmtepomp harder werken en datzelfde geldt ook in Scandinavië waar het buiten kouder is dan in Nederland.
Een luchtwarmtepomp heeft daarom nooit één COP (zie de grafiek hieronder). De linker as heeft twee waarden, namelijk de COP en buitentemperatuur lucht. En de onderste as laat de temperatuur van het water zien dat wordt geproduceerd.
In deze grafiek is duidelijk te zien, dat de COP bij 20˚C buitentemperatuur een stuk hoger ligt dan bij -20˚C. Maar ook dat hoe hoger de temperatuur van het water wordt verwarmd, hoe lager de COP. Een COP van 7,5 is in dit voorbeeld zeker mogelijk, maar in lang niet alle gevallen. Deze grafiek is trouwens enigszins verouderd, er worden nu al betere COP’s gehaald.
SCOP warmtepomp
Maar wat is dan een SCOP van een warmtepomp? De afkorting staat voor Seasonal Coefficient of Performance. Eigenlijk is het niets meer en niets minder dan een gemiddelde COP over een jaar, waarbij de seizoenen in een bepaalde regio zijn meegewogen.
De SCOP maakt het makkelijker om warmtepompen met elkaar te vergelijken en dan met name luchtwarmtepompen waarbij de seizoenen invloed hebben op het rendement. Wanneer het kouder is moet een warmtepomp immers harder werken en daalt de COP, dit zoals hierboven beschreven.
Om de SCOP van een lucht/water warmtepomp te berekenen wordt er in een bepaalde regio, zoals bijvoorbeeld regio Utrecht (of een ander deel van Europa), van alle COP waarden in een heel jaar het gemiddelde genomen. Dit wordt dan gedaan bij meerdere afgiftetemperaturen in stapjes van 5˚C. Dan weet u van die warmtepomp wat het SCOP is bij het produceren van 30˚C water, 35˚C, 40˚C, 45˚C enzovoorts.
De SCOP van een warmtepomp ligt in Scandinavië lager dan in Spanje, omdat het daar kouder is. Daarnaast kan het afgiftesysteem, zoals radiatoren of vloerverwarming, invloed hebben op de SCOP. Daarover in het volgende hoofdstuk meer.
Bij moderne luchtwarmtepompen in Nederland, is de SCOP zo’n 5,2 bij een afgiftetemperatuur van 35˚C.
COP en SCOP - Radiatoren of vloerverwarming?
Het warmteafgiftesysteem, zoals radiatoren of vloerverwarming, heeft weldegelijk invloed op de COP en SCOP. Deze waarden zijn namelijk afhankelijk van de temperatuur van het water dat gemaakt wordt.
Een traditionele radiator is een zogenaamde hoog temperatuur verwarming. Voor een goede werking van de radiatoren, moet het water dat er doorheen stroomt tussen de 60˚C en 80˚C zijn. De radiator neemt de temperatuur van het water over en alleen vanaf deze temperatuur treedt er convectiewerking op. Dit houdt in dat de lucht opstijgt en in de ruimte gaat circuleren, waardoor er steeds lucht langs de radiator komt om zo de hele ruime van warmte te voorzien. Indien dit niet gebeurt, ervaart men alleen stralingswarmte.
Vloerverwarming is zogenaamde laag temperatuur verwarming. Doordat de verwarmde oppervlakte veel groter is dan bij radiatoren, wordt de ruimte gelijkmatiger verwarmd. De temperatuur van het water die door de vloerverwarming stroomt is tussen de 20 en 35˚C, een stuk minder warm dan bij radiatoren. Een goede isolatie is bij laagtemperatuurverwarming wel een vereiste.
Vloerverwarming i.c.m. een warmtepomp
Doordat het water bij vloerverwarming minder hoog verwarmd hoeft te worden, kan de warmtepomp minder hard te werken. Dit resulteert in een hogere COP en SCOP. Laag temperatuurverwarming is dus aan te bevelen, omdat de warmtepomp dan minder elektriciteit verbruikt. Er bestaan overigens ook laag temperatuur radiatoren. Daarnaast kunnen traditionele radiatoren (mits geschikt qua dikte) worden voorzien van een Climatebooster, propellers onder de radiatoren, waarmee de afgiftetemperatuur tot wel 15˚C kan worden verlaagd. Het leidingwerk hier naar toe dient dan voldoende groot te zijn qua diameter om de grotere hoeveelheid water die nodig is hier naar toe te kunnen brengen.
Warmtepompen met elkaar vergelijken
In Europa ligt meetmethode voor het bereken van de COP vast als norm NEN14511 en NEN14825 bij Eurovent. Hierdoor zijn warmtepompen met elkaar te vergelijken. Maar toch kan het voorkomen dat de COP niet het complete beeld geeft.
Wanneer de peak load value (maximale waarde) van de warmtepomp is opgegeven, is dat de maximaal te leveren capaciteit waarbij er geen enkele aftrek is voor de omstandigheden waarin de warmtepomp draait.
Integrated value (geïntegreerde of gewogen waarde) is de waarde waarbij er rekening wordt gehouden met o.a. het warmteverlies tijdens het ontdooien van de lucht warmtepomp. Dit zijn werkelijke praktijkwaarde en is het daadwerkelijk geleverde vermogen bij opgegeven condities. Het buitendeel van de warmtepomp kan aanvriezen, vooral wanneer het buiten tussen de -2 en 5°C is. Eens in de zoveel tijd wordt het verwarmingsproces automatisch omgekeerd, om zo het buitendeel te ontdooien.
Dat betekent dat de integrated value een veel eerlijker beeld geeft over hoeveel een warmtepomp daadwerkelijk verbruikt. Lang niet elke fabrikant geeft deze waarde op.
Deellast en vollast
Stel, u kunt kiezen tussen twee warmtepompen. De eerste scoort qua COP beter bij -10˚C (vollast) maar slechter bij 7˚C (deellast) buitentemperatuur. De tweede scoort qua COP precies andersom, dus slechter bij -10˚C maar beter bij 7˚C buitentemperatuur. Welke zou u kiezen?
De warmtepomp die wij u zouden aanbevelen, is de warmtepomp die het beste rendement heeft bij de temperatuur die het meeste voorkomt. In Nederland is dat de tweede warmtepomp.
De eerste warmtepomp zal zwaarder zijn uitgevoerd om betere rendementen te halen bij lagere buitentemperaturen, bij vollast. Maar bij deellast zitten de zwaardere onderdelen juist in de weg (denk aan een grotere pomp/ventilator), waardoor deze warmtepomp meer verbruikt.
Vaak komt u daarom met een iets te kleine warmtepomp beter weg dan met een te grote warmtepomp. Ten eerste is het verbruik in de meeste gevallen lager, wat het onder aan de streep de zuinigste maakt. Daarnaast is de aanschaf ook lager. Een iets lagere COP bij vollast (strenge vorst) moet u dan op de koop toenemen. In uitzonderlijk koude gevallen en een klein geselecteerde warmtepomp, kan er gebruik worden gemaakt van elektrisch back up element die alleen dan zorgt voor voldoende warmte. Ja, het elektriciteitsverbruik is dan kortstondig hoog. En ja, de rest van de tijd is elektriciteitsverbruik juist veel lager.
COP tapwater
In bijna alle gevallen, is de COP van tapwater anders dan de COP van de ruimteverwarming. Dat heeft te maken met het temperatuurverschil van de twee.
Het opwarmen van water met een warmtepomp kost meer tijd dan met een Cv-ketel (omdat deze vaak een lager vermogen heeft). Om te voorkomen dat u onder een koude douche staat wordt er een voorraad warm water gemaakt. Doorgaans is de temperatuur van het water in het buffervat 55˚C. Eens in de zoveel tijd wordt het water in het buffervat extra verwarmd, om legionellavorming te voorkomen.
Het water voor de ruimteverwarming is bij vloerverwarming 35˚C, minder warm dan het warme tapwater dus. In dat geval is de COP voor het tapwater lager dan het water voor de vloerverwarming.
Bij hoog temperatuur verwarming, is de COP van het tapwater juist hoger dan het water voor de radiatoren, die tussen de 60 en 80˚C water nodig hebben.
COP aardwarmtepomp
Bij een aardwarmtepomp wordt er warmte onttrokken uit water. De warmtebron kan de grond zijn, oppervlaktewater of een waterbron onder de grond. Er wordt daarom ook vaak gesproken over een grondwarmtepomp, grond gebonden warmtepomp of bodemwarmte. Dit is allemaal hetzelfde.
Wanneer de warmtebron de grond is, loopt hier een gesloten circuit leidingen door met een mengsel van water en antivriesmiddel. Het watermengsel neemt de temperatuur over van de bron. Vervolgens wordt het verwarmde watermengsel langs de warmtepomp gepompt, die onttrekt er warmte uit en de warmtepomp waardeert de temperatuur op tot een bruikbaar niveau. Het koudere retourwater wordt terug de bron in gepompt, door de bron weer opgewarmd en dan is het cirkeltje rond. Bij een waterbron onder de grond en bij oppervlakte water werkt dit net zo, of er kan gebruik gemaakt worden van een open bron. Dan is er een open haal en retour leiding.
De temperatuur van een bron in de grond is constanter dan de buitenlucht. Dat betekent dat er minder seizoenschommelingen zijn bij een aardwarmtepomp ten opzichte van een luchtwarmtepomp. De SCOP is daarom bij een aardwarmtepomp niet van belang. Een grond gebonden warmtepomp heeft over het algemeen 0.5 tot 1 COP punt meer dan een luchtwarmtepomp. Bij hogere buitentemperaturen is de luchtwarmtepomp juist weer in het voordeel.
Luchtwarmtepomp of aardwarmtepomp?
Als we die verschillen in perspectief zetten, krijgt u het volgende. Het verbruik van een gemiddeld huis ligt rond de 1600 m3 gas per jaar. Daarvan is gemiddeld 400 m3 gas voor het warme tapwater en 1200 m3 voor het verwarmen van het huis. In moderne huizen, die i.v.m. hogere EPC eisen beter geïsoleerd zijn, is het gemiddelde verbruik 800 m3 gas per jaar. Daarvan is nog steeds 400 m3 voor het verwarmen van tapwater en maar 400 m3 voor het verwarmen van het huis. Met een lager energieverbruik, valt er minder te besparen voor een warmtepomp. Dat betekent dat 1 COP punt minder makkelijk terug te verdienen is in een moderne woning.
Een jaar of 10 geleden, waren de COP’s van een lucht/water warmtepomp nog niet zo goed als nu het geval is, waardoor de rendementen een stuk lager waren dan grond gebonden warmtepompen. Tegenwoordig wordt er o.a. slim gebruik gemaakt van inverter compressoren en elektronische expansie ventielen, waardoor het rendement bijna de grond gebonden warmtepomp benadert. Bij -10˚C is er daardoor meer dan voldoende verwarmingscapaciteit, iets wat vroeger niet altijd het geval was.
Financieel is het zo, dat een grond gebonden warmtepomp € 3.000,- tot € 5.000,- duurder is dan een lucht/water warmtepomp, omdat de bron gemaakt moet worden. De besparing van de grond gebonden warmtepomp t.o.v. luchtwarmtepomp is dankzij een iets betere COP gemiddeld € 60,- per jaar. De terugverdientijd is daarmee onrealistisch lang, het duurt minimaal 50 jaar (3000/60 = 50 jaar) om een grondwarmtepomp terug te verdienen ten opzichte van een luchtwarmtepomp. Een beter idee is het om uw geld niet in de grond stoppen, maar op het dak te leggen. Wanneer hetzelfde bedrag wordt geïnvesteerd in zonnepanelen, kunt u het verbruik van de lucht/water warmtepomp compenseren en verwarmt en koelt u gratis. Meer informatie vindt u op de pagina luchtwarmtepomp of aardwarmtepomp.
Luchtwarmtepomp of aardwarmtepomp
Omslagpunt COP t.o.v. Cv-ketel op gas
Een warmtepomp werkt op elektriciteit (kostprijs voor particulieren of kleinverbruik1 kWh, € 0.214) en een CV ketel op gas (1 m3, € 0.66). Een vergelijk tussen appels en peren dus. Om appels met appels te vergelijken, hebben we uitgerekend hoeveel energie er in een kubieke meter (m3) gas zit en dat is 9.7 kWh. Daarmee kunnen het verschil in prijs bepalen. Elektriciteit kost op het moment van schrijven € 0.214 per kWh, gas kost per kWh € 0.66 / 9,77 = 0,068 per kWh. Gas is dus veel goedkoper dan elektriciteit!
Maar, een warmtepomp verbruikt veel minder elektriciteit dan een dat een Cv-ketel gas verbruikt. Vraag is nu, hoeveel de COP moet zijn om goedkoper te zijn dan gas.
Wanneer de COP beter is dan 2,83, is een warmtepomp goedkoper dan een Cv-ketel op gas. Met een SCOP van 5,2 bij 35˚C afgiftetemperatuur, is dat dus ruimschoots te halen. Sterker nog, dan bespaart u enorm met een warmtepomp.
In het geval van zonnepanelen, wekt u de elektriciteit die een warmtepomp verbruikt zelf op. Dat heeft uiteraard ook invloed op terugverdientijd, zeker wanneer het verbruik van gas hoog is.
Conclusie
De COP zegt iets over het verbruik van een warmtepomp, hoe het hoger het getal, hoe minder elektriciteit de warmtepomp verbruikt. Maar toch kan de COP een vertekend beeld geven, zeker bij een luchtwarmtepomp, omdat de omstandigheden alles bepalend zijn. Een SCOP is daarom al nauwkeuriger, omdat dit een gewogen gemiddelde is van een heel jaar. Wanneer de SCOP wordt uitgedrukt als integrated value, worden alle variabelen meegenomen en is de uitkomst het meest waarheidsgetrouw.
Ook al is gas goedkoper per kWh dan elektriciteit, doordat een warmtepomp zo veel zuiniger is dan een Cv-ketel, is een warmtepomp alsnog goedkoper in verbruik. De betere warmtepompen hebben een SCOP van 5.2.
Bronnen:
https://www.consumentenbond.nl/cv-ketel/energiezuinigheid-cv-ketel
https://warmtepomp-weetjes.nl/extra/rekenen/
