Ik wil een warmtepomp aanschaffen.

Hoge Temperatuur Warmtepomp (HTW).

Voordelen en nadelen van een hoge temperatuur warmtepomp.


Er is veel aandacht geweest in de media voor een ontwikkeling door Vattenfall en Feenstra (dochter van Vattenfall) van een Hoge Temperatuur Warmtepomp (HTW). Op het moment van schrijven (augustus 2022) is deze HTW nog niet leverbaar. De verwachting is opgeschoven naar 2023. Diverse mensen hebben op basis van dit bericht gewacht met de aanschaf van een warmtepomp, of verduurzaming van de woning niet aangepakt. De belofte is dan ook groot: je kunt zonder verdere aanpassingen aan de woning van het gas af. In dit artikel proberen we de zin en onzin van een HTW warmtepomp te analyseren en te kijken of het wel zo verstandig is om op een HTW oplossing te wachten.

De fysica:
De Hoge Temperatuur Warmtepomp (HTW) is een condenserende lucht-water warmtepomp. Voor condenserende lucht-water warmtepompen geldt een theoretisch maximum rendement (het zogenaamde Carnot rendement).

[A] = Temperatuur van het verwarmde water in [K].
[B] = Temperatuur van de buitenlucht in [K],
[Carnot COP] = het theoretisch maximale energetisch rendement van de warmtepomp.

Carnot COP = A / ( A - B )

In onderstaande grafiek staat het Carnot theoretisch maximum rendement van een condenserende warmtepomp. Op de horizontale as staat de temperatuur van de buitenlucht. Op de verticale as het theoretisch maximale rendement. Een COP van 4 betekent daarbij dat de warmtepomp van 1 kWu electrische energie 4 kWu warmte maakt.

Het Carnot theoretisch maximale rendement van een condenserende warmtepomp bij variërende lucht temperaturen 
	en bij variërende water temperaturen.
Belangrijk feit: het theoretisch maximale rendement van een warmtepomp loopt sterk terug naarmate er hogere water temperaturen worden gemaakt.

Wat betekent dit teruglopend rendement voor het jaarlijks verbruik van een warmtepomp? We analyseren dit aan de hand van een voorbeeld:

Voorbeeld:
Een woning in midden Nederland gebruikt gemiddeld 2000 m3 gas voor warm water. Je kunt het theoretisch laagste verbruik uitrekenen op basis can de Carnot COP en de klimaat gevevens (het temperatuur profiel) van midden Nederland. We hebben dat gedaan voor drie verschillende stooklijnen:

* Lage temperatuur verwarming: stooklijn 26-35C. Jaarlijks minimaal stroom verbruik = 1448 kWu.
* Mid   temperatuur verwarming: stooklijn 27-60C. Jaarlijks minimaal stroom verbruik = 1892 kWu.
* Hoge temperatuur verwarming: stooklijn 40-85C. Jaarlijks minimaal stroom verbruik = 2844 kWu.

De 27-60C stooklijn verbruikt minimaal 444 kWu méér dan de 26-35C stooklijn.
De 40-85C stooklijn verbruikt minimaal 952 kWu méér dan de 27-60C stooklijn en minimaal 1396 kWu méér dan de 26-35C stooklijn.

De praktijk:
In de praktijk haalt een warmtepomp nooit het theoretisch maximale rendement. Daarvoor moet je het Carnot rendement vermenigvuldigen met het systeem rendement ηsysteem.

COP = ηsysteem * Carnot COP

Het systeem rendement ηsysteem wordt begrensd door de fysica het gebruikte koudemiddel en door overige factoren zoals de efficiëntie van de compressor, het energieverlies door de ontdooicyclus en nog een aantal factoren. Voor een moderne goede lucht-water warmtepomp ligt het systeem rendement ηsysteem meestal tussen de 0,34 en 0,50. Als we uitgaan van een gemiddeld systeem rendement van 0,42 dan betekent dit dat we het theoretisch minimale verbruik moeten delen door 0,42. We krijgen in het voorbeeld dan de volgende verbruikscijfers.

* Lage temperatuur verwarming: stooklijn 26-35C. Jaarlijks praktisch stroom verbruik = 3448 kWu.
* Mid   temperatuur verwarming: stooklijn 27-60C. Jaarlijks praktisch stroom verbruik = 4505 kWu.
* Hoge temperatuur verwarming: stooklijn 40-85C. Jaarlijks praktisch stroom verbruik = 6771 kWu.

De 27-60C stooklijn verbruikt ongeveer 1057 kWu méér dan de 26-35C stooklijn.
De 40-85C stooklijn verbruikt ongeveer 2266 kWu méér dan de 27-60C stooklijn en ongeveer 3323 kWu méér dan de 26-35 C stooklijn.

Daadwerkelijke besparing op het gebruik van gas:
De stroom in Nederland komt (zeker in de winter) van gas gestookte electriciteits centrales. Die werken met een efficiëntie van 58,5%. Dus van 1 m3 gas met een energie inhoud van 9 kWu maakt de electriciteits centrale 5,26 kWu stroom. We kunnen het stroom verbruik van de warmtepomp dus ook uitdrukken in gasverbruik, maar dan van de electriciteitscentrale. Daarvoor delen we in ons voorbeeld het praktisch stroomverbruik van de warmtepomp door 5,26 kWu per m3 gas en dan krijgen we de hoeveelheid m3 gas die het kost om de stroom voor de warmtepomp op te wekken.

* Lage temperatuur verwarming: stooklijn 26-35C. Jaarlijks vergelijkbaar gas verbruik =   655 m3 gas.
* Mid   temperatuur verwarming: stooklijn 27-60C. Jaarlijks vergelijkbaar gas verbruik =   856 m3 gas.
* Hoge temperatuur verwarming: stooklijn 40-85C. Jaarlijks vergelijkbaar gas verbruik = 1287 m3 gas.

Dit dus in vergelijking met de 2000 m3 gas die de woning in het voorbeeld per jaar verbruikt voor de CV ketel.

Financieel vergelijk:
Hier boven zagen we het verbruik uitgedrukt in kWu stroom en in m3 gas. Beiden laten een hoge besparing zien van de 27-60C en de 26-35C stooklijnen. Maar wat betekent dat financieel?


CV ketel WP 26-35CWP 27-60CHTW 40-85C
Verbruik m3 gas:2000 0 00
Verbruik kWu stroom:0344845056771
Prijs per m3 gas € 1,00
Vastrecht gas:€ 240,-
Prijs per kWu:€ 0,24€ 0,24€ 0,24
Totaal kosten: € 2240,- € 828,-€ 1081,-€ 1625,-
Besparing:€ 0,- € 1412,-€ 1159,-€ 615,-

We hebben hierboven de energieprijzen genomen van midden 2021.
De besparing bij een stooklijn van 26-35C en 27-60C is hoog. De besparing bij de 40-85C stooklijn is aanzienlijk afgenomen.

De energieprijzen zijn na midden 2021 echter sterk gestegen. Hoe groot zijn de besparingen bij gestegen energiepijzen? Het is goed daarvoor te realiseren dat de stroom prijs per kWu is gekoppeld aan de m3 gas prijs. Dat komt omdat de stroom voor het overgrote deel opgewekt wordt in gasgestookte electriciteitscentrales. Gaat de gasprijs omhoog, dan gaat de stroomprijs omhoog.

In onderstaande grafiek staan de besparingen van een warmtepomp ten opzichte van een CV ketel bij variërende gas en electriciteits prijzen en bij stooklijnen van 26-35C, 27-60C en 40-85C.
Besparing van een warmtepomp ten opzichte van een CV ketel bij variërende gas en electriciteits prijzen en bij 
	stooklijnen van 35 graden, 60 graden en 85 graden. De besparing van een Hoge Temperatuur Warmtepomp (HTW) met een stooklijn
	van 85 graden is aanzienlijk lager.
Bij toenemende energieprijzen nemen de besparingen van alle stooklijnen toe ten opzichte van een gas gestookte CV ketel. De toename van de besparing van een Hoge Temperatuur Warmtepomp (HTW) met een stooklijn van 40-85C is echter aanzienlijk lager dan de toename van de besparing van een normale warmtepomp met stooklijnen van 26-35C of 27-60C

We hebben herboven gezien dat een HTW op 40-85C tussen de 45% en 60% minder bespaart ten opzichte van een normale warmtepomp op 27-60C en 26-35C. Daarnaast is de aanschaf van een HTW op 85C is ongeveer 70% duurder dan de aanschaf van een warmtepomp op 60C. Dat betekent dat de terugverdientijd tussen de 1,7/(1-0,45) = 3,1 keer en de 1,7/(1-0,60) = 4,25 keer zo lang is. Een investering in een HTW verdient zich dus over het algemeen nauwelijks of niet terug en er blijft weinig of zelfs negatief financieel resultaat over.

Conclusie Hoge Temperatuur Warmtepomp:
Een HTW op 85C kan een CV ketel vervangen. Door het hoge stroomverbruik is de uiteindelijke besparing op gas beperkt. De totale kosten over de hele levensduur van een HTW op 85C zijn door de hoge investering en de bescheiden besparing vergelijkbaar met die van een gas gestookte CV ketel. Een HTW levert daarmee geen financieel voordeel.

Alternatieven voor Hoge Temperatuur Warmtepomp (HTW):
Het belangrijkste dat je moet weten om alternatieven in te kunnen schatten is de stooklijn van de woning.
Als de stooklijn op ongeveer 60C ligt of lager, dan kun je overweg met een normale warmtepomp en bespaar je veel op gas, veel op de energierekening en wordt je er financieel beter van.
Ligt de stooklijn van de woning ver boven de 60C dan zijn er twee mogelijkheden om de stooklijn omlaag te krijgen:
* isoleren van de woning: als je delen van de schil van de woning kunt isoleren (vloer, kruipruimte, spouw, vliering, dak) dan daalt de stooklijn.
* het vermogen van je centrale verwarming (CV) om warmte af te geven aan de woning verhogen.


In warmtepomp berekeningen staat een methode waarmee je zelf de stooklijn van je woning kunt meten en berekenen.

In het stappenplan staat een integrale aanpak om de woning te verduurzamen, inclusief het meten en verlagen van de stooklijn.

In De beste warmtepomp! staat voor een groot aantal populaire warmtepompen de maximale temepratuur van het CV water en is de SCOP in het Nederlandse klimaat uitgerekend.