Energiebesparing met een warmtepomp (technisch)

De energiebesparing die met warmtepompen voor woningen zijn te behalen worden geïllustreerd in de hierna volgende energiestroomdiagrammen. Er wordt steeds uitgegaan van 100 eenheden te leveren warmte.

Om te beginnen zien we de HR-ketel als referentiesysteem in figuur 7.

energiebesparing

We werken hier op basis van de bovenste verbrandingswaarde, dus dan is het jaargemiddelde opwekrendement van de HR-ketel 0,95. Lokaal is de energievraag 100, decentraal (in de woning) wordt de warmte met een HR-ketel opgewekt, en het benodigde aardgas komt via een transportleiding uit de primaire energiebron. Ook in dit hoofdstuk worden alle besparingsopties vergeleken met de HR-ketel.

In figuur 8 is een elektrische warmtepomp te zien met COPwp = 2,37. We zien dat bij deze grenswaarde, en in de context van een centrale opwekkingsrendement van 0,40 op bovenwaarde, en besparing op primaire energie ten opzichte van de HR-ketel precies gelijk is aan nul. Kennelijk compenseert de warmtepomp in dit geval precies de verliezen die bij de elektriciteitscentrale optreden. Dat is ook te zien aan het feit dat de warmtepomp via zijn bron ongeveer de warmte uit de omgeving haalt die de centrale erin stopt (het verschil is gelijk aan het verkies van de HR-ketel in figuur 7).

rendement
Figuur 8. Monovalente warmtepomp – effect rendement elektriciteitscentrale

Kennelijk moet, om energie te besparen de warmtepomp en/of de centrale beter scoren dan in figuur 8. In figuur 9 is een ander grensgeval te zien.

Bivalente warmtepomp
Figuur 9. Bivalente warmtepomp – effect elektrische hulpstook

Hier is een elektrische warmtepomp met een typisch gemiddelde waarde van de COP opgenomen in een zogenaamd bivalent systeem. Omdat warmtepompen relatief duur zijn en bij een relatief kleine capaciteit al een groot deel van de jaarlijkse warmtevraag kunnen leveren, worden zij vaak met kleine capaciteit geïnstalleerd (bijvoorbeeld 50% van de maximale vraag). Indien de overige benodigde capaciteit in de vorm van elektrische weerstandsverwarming wordt uitgevoerd, dient men op te passen, want dit kan desastreus uitwerken op de totale energiebesparing. In figuur 9 is het grensgeval aangegeven met 0% besparing ten opzichte van de referentie. Reeds bij een aandeel van 22,3 % in levering van de warmtevraag door de elektrische hulpstook wordt (bij de gegeven overige aannamen) de besparing door de warmtepomp tot nul gereduceerd. In figuur 10 is een meer realistisch voorbeeld gegeven van een monovalent systeem:

Representatieve monovalente elektrische warmtepomp
Figuur 10. Representatieve monovalente elektrische warmtepomp

Dit systeem realiseert een besparing op primaire energie van 41%. Uit systeem-oogpunt is het jammer dat de restwarmte uit de centrale niet wordt benut. Dat effect vervalt indien we een gasmotorwarmtepomp gebruiken, zie figuur 11:

gasmotorwarmtepomp
Figuur 11. Gasmotorwarmtepomp

Bij de gasmotorwarmtepomp wordt decentraal de kracht voor de warmtepomp geproduceerd. Hoewel het lokale rendement lager is (hier gesteld op 35%), is het totale effect beter, doordat de restwarmte van de motor op 15 %-punten na wordt gebruikt. Dit geval lijkt natuurlijk op de combinatie van een WKK-installatie en een elektrische warmtepomp, waarbij alle geproduceerde elektriciteit naar de warmtepomp gaat.

Een gasabsorptiewarmtepomp functioneert analoog (figuur 12), zij het, dat het totale rendement lager is. In het schema ziet de absorptiewarmtepomp er uit als een HR-ketel.

Gasabsorptiewarmtepomp
Figuur 12. Gasabsorptiewarmtepomp

Tenslotte laat figuur 13 een bivalente elektrische warmtepomp zien met een HR-ketel als hulpstook met een besparing op primaire energie van 37%.

Representatieve bivalente elektrische warmtepomp
Figuur 13. Representatieve bivalente elektrische warmtepomp

Terug naar: Energie besparen