Hybride warmtepompen presteren beter in de praktijk dan gedacht

Hybride warmtepomp levert gemiddeld 75% gasbesparing op

Hoeveel bedraagt de daling van het gasverbruik na het plaatsen van een hybride warmtepomp? Dat was de hoofdonderzoeksvraag van het Demonstratieproject Hybride Warmtepompen. In dit project werd het energiegebruik van 174 huishoudens geanalyseerd na het toevoegen van een hybride warmtepomp aan de bestaande verwarmingsinstallatie. De hybride warmtepomp presteert een pak beter dan verwacht.

Proefopstelling bij 174 huishoudens — Bij 174 huishoudens werd het energieverbruik van de woning voor plaatsing van de hybride warmtepomp vergeleken met het gebruik na plaatsing

Testcase bij 174 huishoudens

Het Demonstratieproject Hybride Warmtepompen vond plaats bij 174 Nederlandse huishoudens en is een samenwerking van Rijksoverheid, Techniek Nederland en Vereniging voor Duurzame Warmte. Het onderzoek werd uitgevoerd door de stichting Smart Energy Foundation en de resultaten zijn geverifieerd door de Universiteit Twente.

Het project komt feitelijk neer op een verschilmeting. Het energiegebruik van de woning voor plaatsing van de hybride warmtepomp wordt vergeleken met het gebruik na plaatsing. Voor de meeste deelnemers was het gebruik twee winters voorafgaand aan plaatsing en over twee winters na plaatsing bekend. Het tapwatergebruik en het gebruik van de thermostaat bleek redelijk constant te zijn over de tijd.

Het gemiddelde bouwjaar van de deelnemende woningen is 1974. Bijna alle deelnemers hebben radiatoren. De deelnemende woningen hadden voorafgaand een over twee jaar gemiddeld gasgebruik van 1.875 m³. Appartementen zitten niet in de projectpopulatie. Vrijstaande en halfvrijstaande woningen zijn in het project oververtegenwoordigd.

Is hybride daadwerkelijk een slimme verduurzamingsstap?

Hoofdconclusie voor de gemiddelde deelnemer is dat de hybride warmtepomp een gas- en daarmee CO₂-besparing geeft van 75% en het gasgebruik gemiddeld vermindert tot 478 m³. Gemiddeld heeft de hybride voor deze vermindering 2.514 kWh elektriciteit nodig.

De gemiddeld 75% vermindering van het gasgebruik is veel meer dan de 55% die vooraf werd verondersteld. Een vermindering van 75% blijkt haalbaar zonder verdere aanpassingen aan de woning. De hybride kan langdurig met lage watertemperaturen de woning goed verwarmen. Zelfs met radiatoren.

Locaties, meetapparatuur en data in de woning

De halfvrijstaande woningen laten de hoogste absolute besparingen zien en de tussenwoningen de hoogste procentuele besparingen. De kleinere woningen laten opmerkelijk genoeg geen slechtere resultaten zien.

De warmtevraag verwarming wordt bij dertig woningen voor meer dan 97,5% ingevuld door de hybride warmtepomp. Bij vier deelnemers heeft de hybride de afgelopen twee winters de warmtevraag verwarming zelfs volledig overgenomen. Wel was het aantal ijsdagen met dagwaarden onder de nul °C minder dan normaal.

Een aantal woningen (10-20%) laat een veel slechtere prestatie dan gemiddeld zien. Waarschijnlijk kan bij de onder gemiddeld presterende deelnemers door aanpassing van de installatie (afgifte) en/of hybride nog een aanzienlijke verbetering gerealiseerd worden.

Hoe verhoudt de gerealiseerde vermindering van het gasgebruik zich tot het meergebruik van elektrische energie?

Dat wordt uitgedrukt in de besparingsprestatie, die geeft aan hoeveel kWh gas bespaard wordt door 1 kWh stroomgebruik van de hybride warmtepomp. Waarbij 1 m³ Nederlands gas een energiewaarde van 9,77 kWh heeft.

Uitgaande van een 100% rendement van de cv-ketel en een onveranderd gedrag van de verwarmingsinstallatie en de besturing na plaatsing van de hybride is de verwachting dat de besparingsprestatie gelijk zou zijn aan de COP- waarde van de hybride warmtepomp. Immers, uit de energiewaarde van de bespaarde hoeveelheid gas zou middels de COP het gebruik van elektriciteit door de warmtepomp volgen. Vastgesteld is echter dat de gemiddelde COP-waarde van de hybriden in dit project 3,8 is, terwijl de gemiddelde besparingsprestatie 5,7 is. Iedere bespaarde m³ gas, geeft in plaats van 2,6 kWh maar 1,7 kWh meergebruik van elektriciteit.

Groter modulatiebereik belangrijke reden voor goede prestaties hybride

Het gasbesparingspotentieel van hybride warmtepompen is groter dan aanvankelijk gedacht. De voor de hand liggende verklaring is de vergroting van het modulatiebereik. De meeste installaties voorzien van een cv-ketel moduleren voor verwarming tussen een minimum vermogen van 5-7 kW en een maximum vermogen van ongeveer 20 kW. Door toevoeging van de hybride gaat het minimum vermogen terug naar de 1-2 kW. Dit zal tot gevolg hebben dat de installatie met totaal andere temperaturen kan draaien als eerder.

Zichtbaar is dat de hybride lange perioden ononderbroken draait en daarbij 600 tot 800 Watt aan stroom gebruikt. De aanvoer- en retourtemperatuur liggen rond de 35 en 30 °C.

Dit langdurig draaien op laag vermogen en lage temperatuur is bij een installatie met louter een cv-ketel onmogelijk. Vanwege het hogere minimum vermogen van cv-ketels (5-7 kW). De hybride vergroot dus het modulatiebereik van de installatie. Het gedrag van hybride installaties is meer continu.

Door de lagere watertemperaturen en het hogere modulatiebereik schakelen de installaties minder. De lagere watertemperaturen geven ook minder opwarming van de bouwkundige omgeving van leidingen en radiatoren waardoor voortijdige warmtelekkage vermindert (verlies van warmte voordat deze de leefruimte heeft bereikt). Het minder schakelen is opgemerkt door bewoners die aangaven dat de warmte van de hybride prettiger is, omdat deze gelijkmatiger is.

Gasbesparing per woningtype

Absolute gasbesparing per woningtype

Extra energiebesparing door efficiëntere afgiftelichamen

Afgifteverbetering komt de prestaties van de hybride installaties ten goede. Middels radiatorventilatoren of geblazen convectoren kan warmte veel sneller worden verspreid en blijft deze niet hangen rondom het afgiftelichaam. Met goed uitgevoerde radiatorventilatoren kunnen behoorlijke reducties van de warmtevraag worden gehaald (orde 15-20%) bij gelijkblijvende kamertemperaturen. Ondanks dat de muur en daarmee de isolatie van de woning gelijk blijft, neemt de warmtevraag bij gelijkblijvende binnentemperatuur af. Dit is mogelijk door betere verspreiding van de warmte.

De beste oplossing voor kleine afgiftesystemen is een warmtepomp met een laag minimum vermogen (1 kW) en de toepassing van afgifteverbetering (radiatorventilatoren of convectoren). Ook in een kleine opstelling met twee radiatoren loopt het systeem dan continu door bij 35 °C aanvoertemperatuur.

Idealiter blijft de warmtepomp continu draaien door toepassing van afgifteverbetering en verlaging van het compressortoerental. Bij 35 °C afgifte stijgt de COP van de afgifte van 3,88 naar 4,76. Een stijging van 22% die één op één doorwerkt op de energierekening.

Aanvoertemperatuur — Watertemperatuur, delta T en verspreiding van warme lucht in een woning

Invloed buffervat beperkt

Er zijn installateurs die stellen dat in combinatie met een hybride een buffervat altijd noodzakelijk is. Terwijl anderen van mening zijn dat het alleen nodig is met in de markt voorkomende zoneregelsystemen waarbij alle zones kunnen dichtlopen.

Uit een deelonderzoek van het Demonstratieproject blijkt dat de warmteverliezen van leidingen tussen opwek en afgifte erg groot kunnen zijn (orde 15% en meer). Door een buffervat neemt dit verlies nog eens aanzienlijk toe (buffervaten, hoe dan ook geschakeld, geven een warmteverlies in de orde van 10%).

Kleine buffervaten helpen maar zeer beperkt tegen cyclisch aan-uit gedrag. Na de eerste cycle is het vat opgewarmd en loopt deze mee in de aan/uit regelband van de aanvoer. Alleen het iets grotere volume dat het buffervat geeft aan de installatie helpt een beetje de schakeltijd verlengen. Het verlagen van de compressorsnelheid, en daarmee het verhogen van het modulatiebereik van de warmtepomp, helpt wat dit betreft meer. Als er dan nog afgifteverbetering wordt toegevoegd, verdwijnt de cycling bij het voorbeeld in het deelonderzoek helemaal.

Lees hier het volledige onderzoek