Hoogtemperatuur-warmtepomp (HT)

 

Hoogtemperatuurwarmtepompen; we horen er steeds meer van en de eerste zijn al op de markt verschenen. 

Warmtepompen die een aanvoertemperatuur van 70 ºC kunnen bereiken. Dit wordt mogelijk gemaakt door koudemiddelen te gebruiken, zoals bijvoorbeeld R290 (propaan). Propaan heeft andere druk-/temperatuureigenschappen dan de tot nu toe gebruikelijke koudemiddelen R32, R407C, R410 e.a. Het zogenaamde kritische punt ligt bij R290 (propaan) hoger, waardoor hogere temperaturen haalbaar worden.

 

Hier en daar lezen we dat dit de oplossing zou zijn voor de bestaande bouw.  De ketel kan eruit en dit type warmtepomp kan er voor in de plaats komen.  Maar is dit waar?   Het antwoord is ja... maar toch ook een beetje nee.

 

JA, je kan een HT-warmtepomp toepassen in een minder goed geïsoleerde woning en met 70 ºC je radiatoren verwarmen.

NEE, het is misschien niet het verstandigste wat je kan doen. 

 

 

WE VOLGEN, OM DIT DUIDELIJK TE MAKEN, EEN VOORBEELD:

Stel dat je nu met een aardgas-HR-ketel 2000 m³ gas per jaar verbruikt voor verwarming en tapwater.
Dat is 2000 m³ Gronings aardgas x nuttige energie-inhoud voor verwarmen op bovenwaarde 8,8 = 17.600 kWh afgegeven energie. Je betaalt daarvoor (reken met je eigen m³-prijs) bijvoorbeeld 2000 m³ x € 0,70 = € 1400,- per jaar.

 

 

Grafiek: Links op de as het rendement in COP, onder op de lijn de aanvoertemperatuur verwarming in ºC
U ziet dat het rendement hoger wordt als de aanvoertemperatuur lager is.

 

Hierboven ziet u een 'voorbeeld' COP (rendement)-verloop van een bepaald type lucht/water-HT-warmtepomp.

Het COP is hier ingetekend bij een buitentemperatuur (buitenlucht is de bron van energie) van + 7ºC.

Bij een buitenluchttemperatuur die hoger is, ligt deze lijn hoger en bij een lagere buitentemperatuur lager.

Stel dat we bijna het hele seizoen met een hoge temperatuur (tussen 60 en 70 ºC aanvoer) werken, en het SCOP (seizoensrendement) voor het jaar komt te liggen op 1,9.

Geleverde energie : toegevoerde energie = rendement  

Wat weer gelijk is aan Geleverde energie : rendement = toegevoerde energie.

Dan hebben we om 17.600 kWh te leveren, gedeeld door rendement 1,9 = 9.263 kWh nodig uit het net.
De energiekosten zijn dan 9.263 kWh x (gebruik je eigen kWh-prijs) € 0,20 = € 1852,- per jaar.
(Met aardgas was dit €1400,- / eerder in dit voorbeeld genoemd).

De huidige aardgas- en elektroprijs maken het dus niet aantrekkelijk.  Pas als gas veel duurder wordt t.o.v. elektra wordt het interessant om dit te doen.  

 

Noot: Misschien kan het jaarrendement SCOP/SPF in uw woning toch iets beter uitpakken dan bovengenoemd. Wellicht heeft u de 70 ºC aanvoertemperatuur alleen hartje winter nodig en niet in het voor- en najaar. Mogelijk red je het dan, afhankelijk van het afgiftesysteem in je woning, met 50 ºC. Dan pakt het wat beter uit dan in bovenstaand voorbeeld.

Daarnaast zijn de gasprijzen momenteel veel hoger dan hierboven genoemd (afhankelijk van je energiecontract).  Echter, stroom- en gasprijzen zijn min of meer gekoppeld. Dus als het gas duurder wordt, stijgt ook de prijs voor elektra. 

 

Met betrekking tot CO₂-uitstoot:

Bestaande gasketel in dit voorbeeld 2000 m³ aardgas (x emissiefactorgetal 1,890) = 3788 kg CO₂ per jaar.
HT-warmtepomp in dit voorbeeld 9263 kWh elektra (x emissiefactorgetal grijze stroom 0,649) = 6011 kg CO₂² per jaar.
Met groene stroom kan dit laatste getal veel lager zijn.

---

Het voorbeeld wordt veel gunstiger als we met een LT-warmtepomp en afgiftesysteem kunnen werken.

Het jaarrendement kan bij LT- (laagtemperatuur)systemen bijvoorbeeld een SCOP/SPF van 4,6 halen.

Dan hebben we om 17.600 kWh te leveren, gedeeld door rendement 4,6 = 3826 kWh nodig uit het net.
De energiekosten zijn dan 3826 kWh x (gebruik je eigen kWh-prijs) € 0,20 = € 765,- per jaar.

Veel goedkoper dan met een aardgas-HR-ketel of HT-warmtepomp dus.

 

Resumévoorbeeld 2021;

 

Resumé in euro energiekosten en kg CO₂-uitstoot van het voorbeeld met 2000 m³ gasverbruik:

• Aardgas (verwarmen met 70ºC) 2000 m³ x € 0,70 = € 1400,- per jaar aan energiekosten met een uitstoot van 3788 kg CO₂ per jaar
• HT-warmtepomp (verwarmen met 70 ºC 9.263 kWh x € 0,20 = € 1852,- per jaar aan energiekosten met een uitstoot van 6011 kg CO₂ per jaar.
• LT-warmtepomp (verwarmen met 35ºC)  3826 kWh x € 0,20 = € 765,- per jaar aan energiekosten met een uitstoot van 2483 kg CO₂² per jaar.

(uitstoot CO₂² is berekend met grijze stroom / groene stroom geeft een veel lagere uitstoot)

U begrijpt uit het bovenstaande nu waarom men steeds hamert op een laagtemperatuurwarmtepompsysteem.

 

R290 Propaan warmtepomp, voorbeeld van een druk/temperatuur overgangspunt:

We zien meteen in de slider hierboven dat het kritische punt van R290 96,7 ºC bedraagt.
In bovenstaand voorbeeld zien we dat bij 31,32 bar absoluut de overgang van vloeistof en dan via damp naar gas bij 80ºC ligt.
Een andere druk geeft een andere overgangstemperatuur!

 

---

Log PH-diagram R290 (propaan). 

 

Bovenstaand (in het diagram) 3 x een verwarmingssituatie met een monoblock lucht/water-warmtepomp, koudemiddel R290.

De buitentemperatuur is in alle 3 de voorbeelden + 11°C.
Om uit de buitenlucht energie (warmte) te halen, is de verdampertemperatuur (bij alle 3) 6 °C

 

Situatie X1 (A-B): gewenste aanvoertemperatuur 35°C, de heetgastemperatuur kwam hierbij op 55°C. 
Opgenomen energie in de bron: 594 - 305 (onderste lijn) = 289 kJ/kg.
Toegevoegde energie door de compressor: 639 - 594 = 45 kJ/kg.

Afgegeven energie aan de woning: 639 - 305 = 334 kJ/kg. 

(controle som: 289 opgenomen + 45 toegevoegd = 334 afgegeven)
* Koeltechnisch COP (afgegeven : toegevoegd) 334 : 45 = 7,422!

 

Situatie X2 - (A-C): gewenste aanvoertemperatuur 55°C, de heetgastemperatuur kwam hierbij op 80°C. 
Opgenomen energie in de bron: 594 - 383 (onderste lijn) = 211 kJ/kg.
Toegevoegde energie door de compressor: 661 - 594 = 67 kJ/kg.

Afgegeven energie aan de woning: 661 - 383 = 278 kJ/kg. 

(controle som: 211 opgenomen + 67 toegevoegd = 278 afgegeven)
* Koeltechnisch COP (afgegeven : toegevoegd) 278 : 67 = 4,149 !

 

Situatie X3 (A-D): gewenste aanvoertemperatuur 70°C; de heetgastemperatuur kwam hierbij op 97°C. 
Opgenomen energie in de bron: 594 - 433 (onderste lijn) = 161 kJ/kg.
Toegevoegde energie door de compressor: 676 - 594 = 82 kJ/kg.

Afgegeven energie aan de woning: 676 - 433 = 243 kJ/kg. 

(controle som: 161 opgenomen + 82 toegevoegd = 243 afgegeven)
* Koeltechnisch COP (afgegeven : toegevoegd) 243 : 82 = 2,96!

 

* Het betreft hier de koeltechnische COP. Het energieverbruik van de circulatiepomp, ventilator en rendement van de compressor is hierbij nog niet meegewogen. Het COP zal dus in werkelijkheid bijvoorbeeld 1 punt lager zijn. 

Ook via deze weg blijft de conclusie: hoe lager de aanvoertemperatuur voor verwarmen kan blijven, hoe hoger het rendement!

Ja, hoge temperaturen zijn met een (R290) warmtepomp te halen, maar het is altijd efficiënter om met lagere aanvoertemperaturen te werken.  Als de gasprijs in de toekomst, naar verhouding, duurder wordt dan de elektriciteitsprijs, dan is er wellicht toch een reden om de 'ketel' om te ruilen voor een HT-warmtepomp.  Zolang de gas- en stroomprijs min of meer gekoppeld zijn, is het niet aantrekkelijk.