Achtergrond: De efficiëntie (COP) van warmtepompen bij hogere temperaturen

Introductie

In het kader van de proeftuin Brandenburg West wordt gewerkt aan het uitwerken van aanbod voor 3 routes: 

1. Warmtepompen aangesloten op een bronnet (water-water) 
2. Warmtepompen die gebruik maken van een individuele bodembron (water-water) 
3. Warmtepompen die gebruik maken van de buitenlucht (lucht-water) 

Er is binnen die routes nog een extra keuze te maken: op welke temperatuur ga ik mijn huis verwarmen. Doe je dit op een hogere temperatuur (60-70 graden), dan hoeft je woning niet geïsoleerd te zijn om het in de winter toch goed warm te kunnen krijgen. Doe je dit op een lagere temperatuur (40-50 graden), dan moet je woning wel geïsoleerd zijn. Denk hierbij niet aan gekke dingen, maar bijvoorbeeld aan HR++ glas, dakisolatie en spouwmuurisolatie (en bij vloerverwarming ook vloerisolatie).  

Het spreekt voor zich dat je huis een lagere energierekening zal hebben wanneer deze beter geïsoleerd is, dus dat is een bijkomend voordeel van kiezen voor isolatie. Bij warmtepompen levert dit ‘dubbel’ winst op, omdat een warmtepomp een hogere efficiëntie heeft bij lagere temperaturen. Toch kan het een keuze zijn om je huis niet of weinig te isoleren, en dan zou je je af kunnen vragen: is het dan toch een slimme keuze voor mij om over te stappen op een warmtepomp op hogere temperatuur? Hoe zit het dan met die efficiëntie? Er zijn verschillende huishoudens in de wijk die wat dieper in deze vraag wilden duiken, en hier vragen over stelden bij het buurtinitiatief. Daarom hebben wij ons hier wat in verdiept en deze notitie geschreven om dit wat nader toe te lichten.  

Wil je weten of je huis al klaar is voor een lagere temperatuur?

Als je huis al redelijk goed geïsoleerd is, en je benieuwd bent of je huis al comfortabel warm te houden is op een lagere temperatuur, dan kan je komende winter gaan uittesten hoe dit zou zijn. Je kan je CV-ketel op een lagere temperatuur zetten, bijvoorbeeld 50 graden, en kijken of je je huis nog comfortabel warm vindt tijdens de koudere weken. Denk er dan wel aan dat het opwarmen van het huis wat langer duurt, dus het verstandiger is om je huis ‘s nachts niet te ver te laten afkoelen, of de CV-ketel een paar uur voordat je opstaat aan te laten slaan om alvast het huis te gaan opwarmen. Lukt het nét niet je huis op de gewenste temperatuur te houden, dan kan je overwegen om ventilatoren onder je radiatoren te plaatsen om zo de capaciteit van de radiatoren te vergroten. Dan lukt het ongetwijfeld wel. Een bijkomend voordeel van dit experiment is dat je CV-ketel ook een stuk efficiënter wordt op deze lagere temperatuur, dus het gaat direct energie besparen! En bevalt het experiment niet, dan kan je heel eenvoudig je CV-ketel temperatuur weer verhogen, en weet je dat je je huis wat beter zult moeten isoleren om klaar te zijn voor de lagere temperatuur. (Let op: dit is alleen aan te raden bij CV-ketels met een aparte instelling voor de temperatuur van de ruimteverwarming en het warm tapwater. De temperatuur instelling van warm tapwater wil je namelijk op 65 graden laten staan om legionella te voorkomen).   

Wat is de ‘COP’ van een warmtepomp?

De prestatiecoëfficiënt (COP) meet het rendement van een warmtepomp. Het laat zien hoeveel warmte de warmtepomp produceert in vergelijking met de elektriciteit die deze verbruikt. Een COP van 3 betekent bijvoorbeeld dat de pomp 3 kWh warmte genereert voor elke kWh elektriciteit.  

Naarmate de buitentemperatuur daalt, neemt de COP af. Dit komt doordat de warmtepomp harder werkt om warmte uit de koude lucht te halen. 

De temperatuur van het water dat aan uw radiatoren wordt geleverd, heeft ook invloed op de COP. Hoe hoger de gewenste radiatortemperatuur, hoe harder de warmtepomp moet werken, waardoor de COP daalt. 

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. 

Hoe verhoudt inzicht in COP zich tot de 3 opties voor onze wijk?

Bij een lucht-water warmtepomp (optie 3 hierboven), gebruikt de warmtepomp de buitenlucht als bron. Als het buiten 0 graden is, is de bron van de warmtepomp ook 0 graden. De water-water warmtepompen die gebruik maken van het bronnet (optie 1) of een individuele bodembron (optie 2), maken gebruik van een bron die in de winter ergens tussen de 10 en 15 graden zal liggen. 

Als het buiten 0 graden is, en je je huis verwarmt met water van 50 graden, dan zal de lucht-water warmtepomp van 0 naar 50 graden moeten verwarmen, en zullen de water-water warmtepompen van 10-15 naar 50 graden moeten verwarmen. Dat maakt dus een behoorlijk verschil in het te overbruggen verschil (de zogenaamde ‘delta T’, dit is het verschil tussen de temperatuur van de bron, en de temperatuur van het te leveren water in de radiatoren).  

Hierdoor hebben de opties met het bronnet en de individuele bodembronnen een hogere COP dan de lucht-water warmtepompen als het buiten kouder is dan 10-15 graden. De gemiddelde winter temperatuur is 7 graden, dus dit verschil is gemiddeld niet zo groot. Maar juist op de allerkoudste momenten van het jaar gebruik je veel energie, en zal het verschil in COP ook hoger zijn.   

Wat is dan de ‘COP’ van warmtepompen bij hogere temperaturen?

In het vakblad warmtepompen is in mei 2024 een artikel gepubliceerd over de COP van warmtepompen bij hogere temperaturen. Zij benadrukken dat heel weinig fabrikanten deze data delen. Het is daarom erg belangrijk dat bij het uitzoeken van warmtepompen voor onze wijk, we zorgen dat deze informatie wel beschikbaar is. Er zijn wel een aantal warmtepomp fabrikanten die hier data over delen, en deze data hebben wij verzameld in een overzicht. Mocht je data hebben die je hier aan toe wilt laten voegen, mail naar warmte@buurtbrandenburgwest.nl 

Onderaan deze notitie vind je een tabel van buitentemperaturen en aanvoertemperaturen (de temperatuur van het water dat de warmtepomp levert aan je CV-ketel. We hebben van deze tabel een grafiek gemaakt die inzicht geeft in de grove ‘trendlijn’ van hoe de Delta T (het verschil tussen de buitentemperatuur en de temperatuur van het water in de radiatoren) zich verhoudt tot de COP (zie grafiek). 

 Figuur 1 – Deze grafiek laat zien hoe de efficiëntie van een warmtepomp (de COP) zich verhoudt tot het verschil tussen de buitentemperatuur en de temperatuur van het water in de radiatoren (de Delta T).  

Zoals gezegd is het in de winter gemiddeld 7 graden, wat volgens de tot nu toe verzamelde data zou leiden tot een gemiddelde Delta T van rond de 33-43 graden (zie de groene streepjeslijn en het groene vlak) voor het verwarmen op lage temperatuur (40-50 graden), en een gemiddelde Delta T van rond de 53-63 graden (zie de rode streepjeslijn en het rode vlak) voor het verwarmen op hogere temperatuur (60-70 graden). Voor lage temperatuur zal de COP uitkomen rond de 4,2 en voor hoge temperatuur rond de 2,8. Deze uitkomsten gelden dus voor de lucht-water warmtepompen die gebruik maken van de buitenlucht. Voor de water-water warmtepompen die gebruik maken van het bronnet en de individuele bodembronnen zal deze COP iets hoger liggen, maar niet veel verschillen (de Delta T wordt 3-8 graden lager).  

Maar als we kijken naar de ‘extreem’ koude situaties, dan worden de verschillen tussen de scenario’s groter. -7 wordt vaak genomen als referentie voor de zeer koude periodes. Het is maar zeer zelden en voor korte duur kouder dan dit. Een buitentemperatuur van -7 zou leiden tot een gemiddelde Delta T van rond de 47-57 graden (zie de groene stippellijn en het groene vlak) voor het verwarmen op lage temperatuur (40-50 graden), en een gemiddelde Delta T van rond de 67-77 graden (zie de rode stippellijn en het rode vlak) voor het verwarmen op hogere temperatuur (60-70 graden). Voor lage temperatuur zal de COP uitkomen rond de 3,2 en voor hoge temperatuur rond de 1,9. Deze uitkomsten gelden dus voor de lucht-water warmtepompen die gebruik maken van de buitenlucht. Voor de warmtepompen die gebruik maken van het bronnet of de individuele bodembronnen zal de COP op dit soort zeer koude momenten niet lager zijn dan wanneer het buiten 7 graden zou zijn, omdat ze dus de hele winter gebruik kunnen maken van een bron van 10-15 graden. 

En wat betekent dit inzicht dan voor mijn energierekening?

Bovenstaande COP’s geven een indicatie van de efficiëntie van de warmtepomp bij een bepaalde buitentemperatuur. Het is gebruikelijk om te rekenen met een SCOP, dat is een gemiddelde COP over het hele jaar genomen (per maand wordt de COP bepaald, en vervolgens worden alle maanden opgeteld en gedeeld door 12). Hierbij wordt echter niet meegenomen dat tijdens de koude periodes meer energie wordt gebruikt, waardoor deze SCOP vaak te optimistisch is. Daarom denken wij dat het beter is om met de gemiddelde wintertemperatuur van 7 graden te rekenen als grove inschatting.  

Als je een gasverbruik voor ruimteverwarming hebt van 1000m3, dan is dit grofweg 10.000 kWh aan warmte. We hebben net voorgerekend dat de COP bij 7 graden voor lage temperatuur rond de 4,2 zou liggen, en voor hogere temperatuur rond de 2,8.  

Om 10.000 kWh op te wekken met de warmtepomp is dus de volgende hoeveelheid elektriciteit nodig: 

• Lage temperatuur : 10.000 / 4,2 = 2.380 kWh 
• Hoge temperatuur : 10.000 / 2,8 = 3.571 kWh 

Een snelle rekensom laat zien, dat bij een gasprijs van 1,30 per m3 en een elektriciteitsprijs van 0,312 per kWh (huidige prijzen 16-07-2024), je uit zou komen op: 

• Gas 1.000 m3 gas = 1.300 euro 
• Lage temperatuur (40-50 graden) 2.380 kWh elektriciteit = 743 euro 
• Hoge temperatuur (60-70 graden) 3.571 kWh elektriciteit = 1.114 euro 

Met deze snelle berekening kan je zien dat het in beide gevallen een besparing op de energierekening betekent om over te stappen op een warmtepomp (43% besparing bij lage temperatuur en 14% besparing bij hoge temperatuur). Hier komt nog bij, dat een goed geïsoleerde woning ook minder gas zal verbruiken dan een slecht geïsoleerde woning. Daarmee wordt het verschil in energierekening natuurlijk nog een stuk groter, en kan een goed geïsoleerde woning zo dubbel profiteren.  

Bijlage 1: Tabel met data waarop grafiek is gebaseerd 

Tabel 1 – Data over warmtepompen en de COP bij bepaalde buitentemperaturen en temperaturen van het water in de radiatoren. 

Bijlage 2: Artikel uit Vakblad Warmtepompen

We hebben ook gebruik gemaakt van het artikel “CV-water van 75 °C met propaanwarmtepomp klinkt mooi. Maar wat is de COP“  (Richard Mooi, 4 apr 2024) uit het Vakblad Warmtepompen. We mogen dat helaas niet zomaar met jullie delen omdat het een abonnement vereist op het vakblad. Wil je meer informatie over het artikel, of weten hoe we de inhoud gebruikt hebben? Stuur even een mailtje naar warmte@buurtbrandenburgwest.nl en we kijken er samen naar.