Opkomst van propaanwarmtepompen ingezet

Wat u moet weten over warmtepompen op propaan

Zijn warmtepompen op propaan de toekomst? De eerste stappen zijn alvast gezet met de introductie van monoblock warmtepompen op propaan. Deze nieuwe toestellen kunnen mooie (S)COP waardes voorleggen en zijn ook geschikt voor renovatie door hun hoge aanvoertemperaturen tot 75 °C.

Propaanwarmtepomp, high-end product?

Warmtepompen met propaan (R290) als koelmiddel werken nagenoeg op dezelfde manier als andere warmtepompen.

Ze zijn vandaag beschikbaar als monoblock; er wordt volop gewerkt aan split-uitvoeringen (lucht-water en lucht-lucht) en bodem-water-varianten op propaan. Dit allemaal in vermogens van 3 kW tot 70 kW.

Door hun hoge aanvoertemperaturen tot 75 °C (buitentemperatuurafhankelijk) zijn ze geschikt voor nieuwbouw en voor renovatie. Wel geldt ook bij propaanwarmtepompen: hoe lager de vertrektemperaturen, hoe hoger het rendement van de warmtepomp. De warmtepomp haalt hoge rendementen bij aanvoertemperaturen tot 55 °C.

Bij 35 °C overschrijdt een warmtepomp op propaan makkelijk de kaap van 4,5 als SCOP-waarde. Bij 55 °C is dat bijna 3,5 (klimaatzoneafhankelijk).

Die hoge waarden zijn niet per se te herleiden tot de eigenschappen van propaan, maar eerder omdat propaanwarmtepompen vandaag door de meeste fabrikanten als high-end product in de markt worden gezet.

De focus ligt daarbij op:

• efficiëntie: betere prestaties door het gebruik van de laatste nieuwe inverter- en compressortechnologie en grotere verdampers (met een groter verdamperoppervlak voor een betere overdracht van de warmte uit de buitenlucht);
• een stille werking: een lage geluidsproductie door het inzetten van grotere ventilatoren die op een lager toerental kunnen draaien;
• design: mooi afgewerkte buitenunits (vaak in trendy zwart).

Propaan op de voorgrond

F-gaswetgeving laat fabrikanten geen keuze

Wordt propaan het nieuwe referentiekoelmiddel? Warmtepompen op propaan zullen in de toekomst ongetwijfeld aan belang winnen. De reden hiervoor? De F-gasverordening 2024/573.

Via de F-gasverordening wil Europa de uitstoot van broeikasgassen (F-gassen) terugdringen. Deze F-gassen hebben een hoog aardopwarmingsvermogen (GWP) en dragen dus bij aan de opwarming van de aarde.

HFK’s zijn een type F-gas, dat vandaag nog veelvuldig wordt gebruikt als koudemiddel in warmtepompen: denk aan R32, R134a of R410a. Deze koudemiddelen vallen onder de strengere restricties die de Europese Unie oplegt, met het oog op een uitfasering in de loop van de volgende jaren.

Voor monoblock warmtepompen geldt vanaf:

2027: ≤ 50 kW: max GWP 150
2030: > 50 kW: max GWP 150
2032: ≤ 12 kW: F-gassen verboden

Voor split warmtepompen geldt vanaf:

2027: lucht/water ≤ 12 kW: max GWP 150
2029: lucht/lucht ≤ 12 kW: max GWP 150 en alle splits > 12 kW: max GWP 750
2033: alle splits > 12 kW: max GWP 150
2035: alle splits ≤ 12 kW: F-gassen verboden

Voor R32 (GWP = 675), R410a (GWP = 2088) en R134a (GWP = 1430) is de toekomst onzeker.

De andere alternatieven, R454c (GWP = 148), R1234ze en R1234yf (met GWP van <1), hebben dan weer het nadeel dat ze worden omgezet in een PFAS-houdend zuur als ze in contact komen met buitenlucht, wat niet wenselijk is. Het gebruik van PFAS-houdende producten wordt bovendien teruggedrongen via de REACH-wetgeving.

Vele voordelen van propaan

GWP-gewijs scoort propaan zeer goed. Dankzij een GWP van 3 en het feit dat het een natuurlijk en dus geen gesynthetiseerd koudemiddel is, biedt propaan een milieuvriendelijk alternatief voor HFK’s.

Door de hoge kritische temperatuur van propaan (97,4 °C), kunnen hogere vertrektemperaturen worden gerealiseerd met de warmtepomp, wat ideaal is voor renovatietoepassingen.

Verder bereikt propaan die hogere temperatuur tegen een lagere druk (in vergelijking met HFK’s, bv. 60 °C aan 20 bar). Hierdoor worden koeltechnische componenten minder belast en gaan ze langer mee.

Tot slot kan propaan bogen op uitstekende thermodynamische eigenschappen: met name een hogere latente verdampingswarmte (ongeveer 10% meer in vergelijking met bv. R32). Hierdoor kan in theorie meer energie worden gehaald uit één kg propaan (425 kJ/kg in vergelijking met 381,9 kJ/kg bij R32).

Ontvlambaarheid grootste nadeel

Propaan heeft de classificatie A3: het is laag toxisch, maar heeft een hoge ontvlambaarheid, waardoor er bij lekkage kans is op brand en explosie. Propaan is geur- en kleurloos, zwaarder dan lucht en zal bij een lek naar de grond zakken.

Om veiligheidsredenen is de toelaatbare hoeveelheid koudemiddel in de binneninstallatie van huishoudens beperkt. Tot voor kort lag de maximale vulling met propaan in een niet-geventileerde ruimte op ongeveer 150 g.

Een propaanwarmtepomp bevat al gauw 1 à 3 kg koudemiddel. Om die reden worden propaanwarmtepompen in monoblock uitvoering (lucht-water) op de markt gebracht.

De weg is nu wel vrijgemaakt voor de introductie van split warmtepompen. Als gevolg van een herziening van de veiligheidsstandaard NEN IEC 60335-2-40, die eind mei is gepubliceerd, is de maximale vulling met propaan verhoogd tot 988 gram. Daartegenover staan veiligheidseisen die ervoor moeten zorgen dat, mocht er een lek zijn, de concentratie koudemiddel in de ruimte zo klein mogelijk blijft. Er zijn bijvoorbeeld aanvullende eisen voor de lekdichtheid van apparaten en de minimale luchtstroom die een apparaat moet kunnen opwekken.

Propaanwarmtepomp als monoblock

In een monoblock bevinden compressor, condensor, expansieventiel en verdamper, evenals het koudemiddel propaan, zich in de buitenunit. De warmte wordt opgewekt in de buitenunit en via een watercircuit naar binnen gebracht.

Een monoblock heeft enkele belangrijke voordelen:

• Een afgesloten koelkringloop waardoor er geen koeltechnische handelingen (en koelcertificaat) vereist zijn bij de installatie;
• De binneninstallatie is compacter en aan de binnenruimte worden geen bijzondere vereisten gesteld;
• Een monoblock is een toekomstgerichte oplossing. Eens de waterleidingen tussen binnen en buiten zijn voorzien, kunnen deze behouden blijven als de warmtepomp in de toekomst vervangen moet worden (koeltechnische leidingen daarentegen verschillen in diameter, afhankelijk van het gebruikte koelmiddel).

Nadelen van een monoblock zijn:

• De afmetingen zijn iets groter omdat de verdamping en condensatie in één unit plaatsvinden, zeker als de verdamper en ventilator groter gedimensioneerd worden;
• De investering is groter, al wordt verwacht dat de prijzen over de tijd zullen dalen. Het merendeel van de huidig verkochte warmtepompen in België zijn split toestellen (ongeveer 20% van de verkochte warmtepompen zijn monoblocksystemen). Deze split toestellen worden en masse geproduceerd, wat goedkoper is;
• De benodigde ruimte buiten.

De opbouw van de buiten- en binneninstallatie verschilt niet van die van een monoblock op traditionele koudemiddelen. Wel is het belangrijk om de nodige veiligheidsmaatregelen te nemen: zie norm DIN EN 60335-2-40. Die norm wordt vandaag nog vrij geïnterpreteerd door de fabrikanten, maar er wordt momenteel gewerkt aan een uniform Europees veiligheidsconcept voor propaaninstallaties.

Veiligheidsconcept noodzakelijk

Een veiligheidsconcept is nodig:

• om de ontsnapping van propaan naar de binneninstallatie tegen te gaan;
• en om een propaanopstapeling en explosie rond de buitenunit te vermijden.

Om te vermijden dat propaan zich bij een condensorlek (door bv. microscheurtjes in de condensor) vermengt met het verwarmingswater (en propaan bv. via radiatorventielen kan ontsnappen), wordt door de fabrikant een veiligheid ingebouwd in de buitenunit. De vaakst voorkomende opties zijn:

• een koelmiddelafscheider: die zit op de vertrekleiding aan de buitenunit en verwijdert propaan uit het verwarmingswater vooraleer het het huis binnenkomt. Het propaan wordt vervolgens naar de buitenomgeving afgevoerd;
• veiligheidssoftware: deze detecteert een eventueel propaanlek en zet bepaalde veiligheidsmaatregelen in gang (zoals het sluiten van kleppen);
• systeemscheiding: zorgt voor een strikte scheiding tussen het koelmiddelcircuit en het verwarmingswater door gebruik te maken van twee aparte warmtewisselaars (beide warmtewisselaars zouden al moeten gaan lekken om vermenging van propaan en verwarmingswater mogelijk te maken).

Om een explosie uit te sluiten door de opeenstapeling van propaan rondom de buitenunit, is het belangrijk dat de veiligheidszone wordt gerespecteerd. De exacte afstanden kunnen per fabrikant wat verschillen, maar over het algemeen gelden de volgende voorschriften.

Een veiligheidszone van 1 meter rondom de buitenunit is aanbevolen. Als de unit tegen de gevel wordt geplaatst, dan is er 25 cm vrije aanzuigzone nodig tussen de gevel en het toestel. Als de unit aan de gevel wordt gehangen, dan is er ook onderaan het toestel 1 meter vrije ruimte nodig. Wordt het toestel ten slotte in een hoek geplaatst, dan is er over de breedte van het toestel 25 cm en over de diepte 75 cm vrije aanzuigzone nodig.

In deze veiligheidszone mogen zich geen gebouwopeningen bevinden, zoals: openslaande ramen, deuren of luiken, afvoeren, rioolputten, ventilatieopeningen of keldertoegangen.

In de veiligheidszone mogen zich ook geen ontstekingsbronnen bevinden, zoals: vonkvormende apparatuur, lampen, elektrische schakelaars, wandcontactdozen, enz.

Warmtepompboilers op propaan

Binnen de wereld van de warmtepompboilers is een duidelijke verschuiving richting propaan te zien. De beperkte hoeveelheid propaangas (< 150 g) in combinatie met een afgesloten koelcircuit maakt het mogelijk de warmtepompboiler binnenshuis te gebruiken en zo alle voordelen van propaan te benutten zonder extra veiligheidsmaatregelen te moeten nemen.

Met dank aan Bosch Thermotechnology, CTC, Daikin, Panasonic, Stiebel Eltron, Vaillant, Viessmann en WOLF Energiesystemen