WARMTEPOMPEN
Install Magazine 946 – december 2017

Energie-efficiëntie van elektrisch aangedreven warmtepompen

Praktijkresultaten uit monitoring

Het programma ‘Modellprojekte im Effizienzhaus Plus-Standard’ voor plusenergiewoningen van het Duitse federale ministerie voor milieu ondersteunde in een eerste fase bouwprojecten die meer energie uit hernieuwbare bronnen produceerden dan ze verbruikten. Over heel Duitsland waren er 37 modelprojecten (figuur 1) waarvan de prestaties gemeten werden, en geëvalueerd in het kader van een wetenschappelijk onderzoeksprogramma van het Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP.

Een plusenergiewoning moet op jaarbasis meer energie produceren dan ze verbruikt, op basis van de hernieuwbare energiebronnen die beschikbaar zijn op het perceel, en dit zowel qua eindenergie als qua primaire energie. Het internetportaal Effizienzhaus Plus van de onderzoeksinstelling Zukunft Bau informeert over elk modelproject in de vorm van een steekkaart met gebouwgegevens en actuele meetdata.

Warmtegeneratoren

De warmtebehoefte van de voorbeeldprojecten werd in de meeste gevallen gedekt door elektrisch aangedreven warmtepompen (32 woningen). Ingedeeld volgens warmtebron was dat: bodem (13), lucht (12) en water (7). Het vermogen van de installaties lag tussen 1,5 en 20 kW in eengezinswoningen en 7 tot 120 kW in appartementen.

Resultaten van de monitoring

Voor 16 projecten beschikken we na een tweejarige meetperiode over voldoende gegevens om een gemiddeld jaarrendement van de warmtepomp te bepalen. Dat geeft de verhouding van de afgegeven warmte tot de opgenomen elektrische energie weer. Het rendement dat in de praktijk bereikt wordt, kan niet zonder meer met de ontwerpparameter COP vergeleken worden. Deze laatste wordt in het laboratorium bepaald en beperkt zich tot het toestel alleen. Concrete gebruikspatronen en weersomstandigheden worden daarbij niet in rekening gebracht.

Figuur 2 toont de systeemgrenzen voor de bepaling van het rendement in de praktijk. In dit onderzoek houden we rekening met systeemgrenzen 2 en 3. Systeemgrens 2 omvat de warmte-afgifte van de warmtepomp, inclusief een eventuele elektrische weerstand. Systeemgrens 3 houdt rekening met de afgeleverde energie van het buffervat in kwestie, vergeleken met het stroomverbruik van de warmtepompinstallatie, inclusief alle oplaad- en circulatiepompen. Op die manier houdt het jaarrendement rekening met de stilstandsverliezen van het buffervat. Omdat er in sommige installaties meetpunten ontbraken, kon men voor die gevallen alleen maar het rendement binnen systeemgrens 3 bepalen.

De resultaten werden geëvalueerd aan de hand van de criteria van de Duitse wetgeving voor hernieuwbare energie. Om in dit kader in aanmerking te komen voor premies, is er een streefcijfer voor het jaarrendement van 3,3 voor lucht-water warmtepompen, rekening houdend met SWW-productie, en 3,8 voor alle andere types van warmtepompen.

Resultaten van systeemgrens 2

Voor 15 installaties kon men het jaarrendement binnen systeemgrens 2 bepalen na twee jaar monitoring (figuur 3). Daarbij ging het voor zeven installaties om de gegevens van een jaar en voor acht installaties om de gegevens van twee jaar. De onderzochte lucht-water warmtepompen halen een gemiddeld rendement van 2,6. Zoals men kon verwachten, ligt het jaarrendement van geothermische warmtepompen hoger, met 3,2. Bij de twee onderzochte water-water warmtepompen schommelt het rendement tussen 2,7 en 4,4, voor een gemiddelde van 3,2. In de monitoring halen dus bitter weinig warmtepompen de ondergrens voor premies volgens de milieuwetgeving.

Resultaten systeemgrens 3

Voor systeemgrens 3 vallen de rendementen lager uit dan voor systeemgrens 2. In dit geval wordt immers rekening gehouden met de totale installatie zowel voor verwarming als SWW. De gemiddelden zijn hier 1,5 voor water-water warmtepompen, 2,2 voor lucht-water en 2,5 voor bodem-water.

Evaluatie

Bij zo goed als alle installaties was er marge voor verbetering, zowel tijdens het eerste jaar van de meetcampagne als na afsluiting van de monitoring. Enkele systemen werd zelfs compleet vervangen tijdens het eerste jaar van de metingen. Er volgden optimalisaties van de werkingsparameters, bijvoorbeeld bij de instelling van de vertrektemperaturen. Bij enkele installaties waren er onvoldoende meetgegevens om de oorzaak van de fouten in detail te analyseren. Men kon een reeks typische fouten bepalen, waaronder:

Delen van de verwarmingsinstallatie waren dikwijls het hele jaar door in werking en veroorzaakten daardoor aanzienlijke standby-verliezen.
In vergelijking met de normwaarden stelde men tot 3 K hogere binnentemperaturen vast, evenals een aanzienlijk hoger SWW-verbruik.
Gebrekkige optimalisering van de regelstrategie had een negatief effect op het jaarrendement.
De eis voor hogere temperaturen in de sanitaire kring, omwille van legionellabestrijding in appartementen, leidde tot lage rendementen.

Het aandeel van het energieverbruik voor SWW verhoogt naarmate de bouwschil beter geïsoleerd wordt. Dat heeft ook een negatief effect op het jaarrendement. In woningen met een betere isolatiegraad zijn de rendementen gemiddeld lager dan in minder goed geïsoleerde woningen.

Een gedetailleerde installatieplanning en de documentatie van de hydraulische inregeling waren meestal niet voorhanden, zodat deze aspecten moeilijk geëvalueerd konden worden. Overdimensionering en een ontoereikende hydraulische inregeling kunnen echter een negatieve invloed hebben op het jaarrendement.

Aanbevelingen

Men moet ervoor zorgen dat het ontwerp en de uitvoering van de installatie zorgvuldig gebeurt, met aandacht voor de wisselwerking tussen de verschillende componenten van het verwarmingssysteem, het gebruikersgedrag en de energieprestatie van het gebouw. Daartoe is meer scholing van ontwerpers en uitvoerders nodig.

Om de prestaties van systemen in de praktijk te evalueren en zo tot verbeterde prestaties te komen, is monitoring zinvol en nodig. Daarvoor moet het monitoringconcept al in de ontwerpfase uitgewerkt worden. De meetdata moeten in de eerste jaren continu geëvalueerd worden met het oog op optimalisatie.

Tot nu toe zijn fabrikanten geen voorstander van prestatiegaranties. Toch zijn die na te streven met het oog op consumentenbescherming. Het ontwerp van eenvoudige en robuuste systemen in combinatie met permanente bijscholing van ontwerpers en uitvoerders, en een degelijke en begrijpelijke informatie van gebruikers moet bijdragen tot duidelijk hogere installatierendementen in de praktijk.

Door Antje Bergmann, Hans Erhorn

Figuren: Fraunhofer IBP