De video hierboven is Engelstalig. De volledige uitleg staat hieronder uitgeschreven in het Nederlands.
Warmtepompen halen rendementen van 300% tot 500%. Dat klinkt onmogelijk: u kunt er toch niet meer energie uit halen dan u erin stopt? En hoe kan zo'n toestel nog warmte leveren als het buiten vriest?
Om die twee vragen te beantwoorden, kijken we eerst kort naar hoe een warmtepomp werkt.
Hoe een warmtepomp werkt
Een eenvoudige monobloc-warmtepomp bestaat uit zes onderdelen: een compressor, een expansieventiel, een ventilator, een buitenradiator, een warmtewisselaar en de radiatoren binnen. Alles is met elkaar verbonden door een leiding gevuld met koudemiddel, een vloeistof met een zeer laag kookpunt.
Is dit koudemiddel warm, dan is het een damp, in feite een gas. Koelt het af, dan wordt het weer vloeibaar.
Wanneer een warmtepomp aanslaat, start de compressor als eerste. Doordat het expansieventiel de stroming tegenhoudt, loopt de druk van het koudemiddelgas in de ene helft van het systeem op.
Door dat gas samen te persen worden de moleculen dicht op elkaar gedrukt, botsen ze tegen elkaar en warmt het gas onmiddellijk op.
Denk aan een spuitbus deodorant. Laat u hem leeglopen, dan voelt u de bus koud worden in uw hand. Zou u de inhoud er weer in kunnen persen, dan werd hij juist warm.
Die warmte gaat naar de warmtewisselaar, die de warmte overdraagt aan het water dat we door de radiatoren pompen. Terwijl dat water door de radiatoren stroomt, koelt het af en komt het kouder terug. Daardoor koelt de warmtewisselaar af en condenseert het koudemiddelgas weer tot vloeistof.
Dat samengeperste koudemiddel gaat vervolgens door het expansieventiel en zet uit. Daarbij zakt de temperatuur tot onder die van de buitenlucht.
Deze nu zeer koude vloeistof onder lage druk gaat met hulp van een ventilator door de buitenradiator om warmte uit de buitenlucht op te nemen. Hij warmt op, gaat koken, wordt weer gas en gaat terug naar de compressor.
Dit alles wordt versterkt door latente warmte en faseovergang. Elke vloeistof die overgaat in gas neemt zogeheten latente energie op. Dat is energie die wordt opgenomen zonder dat de temperatuur verandert. En elk gas dat vloeibaar wordt, staat die latente energie weer af als warmte, zonder daarbij zelf af te koelen.
Dat is precies hetzelfde principe waardoor een HR-ketel efficiënter wordt zodra u de aanvoertemperatuur verlaagt en de ketel gaat condenseren, en waarop warmtebatterijen met faseovergang werken.
De warmte komt dus uit de buitenlucht. De elektriciteit die een warmtepomp gebruikt, zorgt er alleen voor dat we die warmte kunnen verplaatsen, oftewel oppompen, en concentreren in onze radiatoren. De warmte-energie komt niet uit de elektriciteit, maar uit de lucht.
Er bestaan ook andere soorten warmtepompen, zoals lucht/lucht, bodem en water. Die werken allemaal volgens exact hetzelfde basisprincipe.
Hoe we energie meten (warmte versus elektriciteit): de COP
Kan een warmtepomp dus meer dan 100% rendement halen? Dat hangt ervan af wat u precies meet.
Bij een gasketel meten we hoeveel gas erin gaat, laten we zeggen 1 kWh, en hoeveel warmte eruit komt, bijvoorbeeld 0,9 kWh.
Dat is een rendement van 90%. Doen we hetzelfde bij een warmtepomp en meten we 1 kW elektriciteit erin en 5 kW warmte eruit, dan komen we op 500%. Even uitleggen hoe dat kan.
Om de energie in gas om te zetten in warmte, verbranden we het. Neem 1 kWh gas, steek het aan en er komt 0,9 kWh warmte vrij. Die ontbrekende 0,1 kWh verdwijnt als niet-benutte latente energie in waterdamp. Belangrijk is echter: u betaalt voor de energie die u gebruikt, niet voor de warmte die u krijgt.
Anders dan bij een gasketel zit de energiebron van een warmtepomp niet in de elektriciteit die erin gaat, maar in de buitenlucht.
Zou u alleen de energie meten die uit de buitenlucht wordt gehaald, dan komt u op 100% rendement. Rekent u de elektriciteit mee, dan zit u tussen 66% en 80%.
Maar wat is rendement eigenlijk? Het rendement van een machine geeft aan hoe goed de toegevoerde energie wordt omgezet in nuttige energie of arbeid. Het is de opbrengst gedeeld door de invoer, uitgedrukt in procenten.
We betalen niet voor de buitenlucht die de zon gratis opwarmt. We betalen voor elektriciteit.
Meten we dus op dezelfde manier als bij een gasketel, dus alleen de energie waarvoor u betaalt en niet de warmte die u oogst, dan is een warmtepomp die van 1 kWh elektriciteit 5 kWh warmte maakt 500% efficiënt.
Dat noemen we meestal de coefficient of performance, of COP. Een rendement van 500% komt neer op een COP van 5.
Hoe we het rendement van een warmtepomp meten
Het rendement op één moment is echter een nogal oneerlijke maatstaf, want het verandert continu, over de dag en over het jaar.
Een voorbeeld. Bij 12 °C buiten zit u op een COP van 5: 5 kW warmte uit 1 kW elektriciteit. Is het buiten 0 °C, dan heeft u misschien 10 kWh nodig om het huis warm te houden en verbruikt u daarvoor 3 kWh elektriciteit. Dan is de COP 3,3, oftewel een rendement van 330%.
Dat verschil komt doordat de bron en de afgifte verder uit elkaar liggen in temperatuur: de buitenlucht waaruit we de warmte halen, en de radiatortemperatuur waarmee we die warmte weer afgeven.
Hoe verder die twee uit elkaar liggen, hoe harder de compressor moet werken om een groter drukverschil te maken tussen de hoge- en de lagedrukzijde van de warmtepomp. Dat levert een groter temperatuurverschil op en drijft de radiatortemperatuur omhoog.
U kunt de compressor minder hard laten werken door grotere radiatoren te plaatsen, want die hoeven niet zo heet te worden om de woning warm te krijgen. Een weersafhankelijke regeling helpt daar ook bij.
Nu we weten waarom het rendement varieert, moeten we daar in onze rendementscijfers rekening mee houden.
Als we het over het rendement van warmtepompen hebben, gebruiken we daarom meestal niet de COP, maar de SCOP of de SPF.
De SCOP (seasonal coefficient of performance) is een schatting van de gemiddelde COP over een heel jaar. De SPF (seasonal performance factor) is de werkelijke meting bij de woning zelf.
Misschien vraagt u zich af of de SCOP of SPF wel een eerlijke maat is. Een jaargemiddelde zegt immers weinig over de winter, terwijl juist dan het meeste warmte nodig is.
Maar beide getallen staan voor de totale hoeveelheid kWh warmte die de warmtepomp in een jaar maakt, gedeeld door de totale hoeveelheid kWh elektriciteit in diezelfde periode. En omdat het toestel in de winter méér warmte moet maken, juist wanneer het minder efficiënt is, wegen de winterrendementen zwaarder mee in de SCOP en de SPF.
Daardoor kunt u de jaarlijkse stookkosten van uw warmtepomp al vóór de installatie goed inschatten, ondanks dat lagere rendement in de winter.
„Maar een warmtepomp werkt toch niet als het buiten −3 °C is?”
Dat horen we vaak, en het is niet waar. Regelmatig krijgen we de vraag hoe een warmtepomp onder 0 °C nog kan verwarmen, met de suggestie dat u dan beter af bent met een ketel.
In werkelijkheid werken ze prima bij temperaturen onder nul.
Hoe een warmtepomp onder 0 °C werkt
Ook bij 0 °C of kouder zit er warmte-energie in de lucht. 0 °C is niets anders dan het vriespunt van water.
Er zit dan nog ruim voldoende warmte in de lucht. Het echte nulpunt heet het absolute nulpunt en ligt op −273 °C. Zolang u daar niet woont, is er vrijwel zeker een warmtepomp die bij u past.
Gangbare warmtepompen zijn ontworpen om te werken tot −20 °C. Ze krijgen uw woning zonder enig probleem op temperatuur, mits het systeem goed is ontworpen, en houden daarbij een goed rendement.
Hoort u verhalen over mensen die hun huis met een warmtepomp niet warm krijgen als het zo koud is, dan komt dat simpelweg doordat lage buitentemperaturen fouten in ontwerp, installatie en inregeling zichtbaar maken.
Zakt uw COP bij −1 °C naar bijvoorbeeld 2,8, dan haalt u nog altijd 280% rendement op uw elektriciteit. Een moderne HR-ketel komt in datzelfde scenario misschien tot 88%.
Een warmtepomp is in het hart van de winter dus minder efficiënt, maar nog altijd ruim drie keer zo efficiënt als een ketel.
Elektriciteit is op dit moment wel duurder dan gas. Of een warmtepomp bij u tot een lagere jaarrekening leidt, hangt dus af van de verhouding tussen de gas- en de stroomprijs én van het rendement dat u werkelijk haalt.
