Uw bedrijf moet invulling geven aan verschillende onderdelen van het explosieveiligheidsbeleid. Dit om te voldoen aan he...
11-01-2021
Zo duurzaam mogelijk kaas produceren.
20-05-2019
De warmtepomp is essentieel binnen de energietransitie. Hiervan zijn de meeste energie-experts overtuigd. Er is namelijk geen enkele andere techniek die het gehele jaar door meer duurzame en bruikbare energie kan leveren, dan er aan hulpenergie moet worden ingestopt. In dit 5e artikel van een reeks gaat Ad van Bokhoven in op de werking van warmtepompen.
Een warmtepomp verplaatst namelijk warmte uit een omgeving (omgevingswarmte) waar deze warmte niet nodig is, zoals de bodem (zie artikel 4), de buitenlucht of het oppervlaktewater, naar een omgeving waar deze warmte wél nodig is, zoals onze woningen. De warmtepomp weet daarmee ’gratis’ omgevingswarmte te winnen en op te waarderen tot bruikbare temperaturen voor gebouwverwarming en warm tapwater.
Naast het winnen van omgevingswarmte is de warmtepomp in staat om restwarmte terug te winnen en op te waarderen naar bruikbare temperaturen. Bijvoorbeeld met behulp van een zogenoemde lucht-lucht warmtepomp kan aanwezige warmte in uitgaande ventilatielucht worden teruggewonnen en worden gebruikt voor het opwarmen van de inkomende ventilatielucht.
Een warmtepompsysteem heeft, voor het verplaatsen en opwerken van omgevingswarmte naar bruikbare temperaturen, hulpenergie nodig. Op dit moment bestaat deze hulpenergie vooral uit elektriciteit. Naast elektrisch aangedreven warmtepompen bestaan er ook gasabsorptiewarmtepompen. In plaats van het gebruik van elektriciteit wordt een gasvlam gebruikt voor de aandrijving van de warmtepomp. Bij een gasabsorptiewarmtepomp is de traditionele elektrische compressor vervangen door een thermodynamische compressor, die door warmtetoevoer in staat is om omgevingsenergie te verplaatsen. In de toekomst is het niet ondenkbaar dat er ook warmtepompen op de markt komen die bijvoorbeeld door waterstofgas of biogas worden aangedreven.
Door de toepassing van een warmtepomp wordt, in vergelijking met het gebruik van een cv-ketel, uitstoot van fossiele CO2 naar de atmosfeer voor een aanzienlijk deel voorkomen. Immers het grootste deel van de benodigde energie om onze gebouwen te voorzien van warmte is afkomstig uit de omgevingsbron. Enkel het gebruik van de elektrische energie, conform de huidige energiemix, leidt nog tot uitstoot van fossiele CO2 naar de atmosfeer. Als de benodigde elektriciteit wordt opgewekt met zonnepanelen of windmolens, is sprake van een 100% duurzame installatie, zonder uitstoot van CO2.
In figuur 1 is een schets opgenomen van de belangrijkste onderdelen van een warmtepomp.
Figuur 1: overzicht onderdelen en werking van een warmtepomp
Een warmtepomp bestaat grofweg uit de volgende onderdelen:
Het rendement en de capaciteit van een warmtepomp is voornamelijk afhankelijk van het temperatuurverschil tussen de verdamper en condensator. Met andere woorden, het rendement van de warmtepomp is afhankelijk van het temperatuurverschil van de omgevingsbron waar warmte uit wordt onttrokken en de benodigde afgiftetemperatuur voor gebouwverwarming. Hierbij geldt dat het rendement en de capaciteit van een warmtepompsysteem toeneemt naar mate het temperatuurverschil tussen de omgevingsbron en de benodigde afgiftetemperatuur kleiner wordt. Immers hoe groter het temperatuurverschil, hoe meer druk er moet worden opgebouwd door de compressor en dus hoe meer (elektrische) hulpenergie moet worden toegevoegd. Kortom, een warmtepomp werkt het meest efficiënt (duurzaam) als de omgevingstemperatuur hoog is en de benodigde afgiftetemperatuur laag.
Het rendement van een warmtepomp wordt vaak uitgedrukt in een zogenoemde COP-waarde. De COP-waarde, zegt iets over de verhouding tussen de hoeveelheid geleverde thermische energie en de hoeveelheid toegevoegde hulp energie op een bepaald moment in de tijd. Het rendement van een warmtepompsysteem over het gehele seizoen heen wordt uitgedrukt in een SPF-waarde. De SPF-waarde is de gemiddelde COP-waarde over het gehele jaar.
Vaak wordt de SPF-waarde niet vermeldt in verkoopbrochures. Deze waarde is echter voor de eindgebruiker zeer belangrijk. Met behulp van de SPF-waarde is het namelijk mogelijk om een inschatting te maken van de benodigde hulpenergie over het jaar heen. Ter illustratie een indicatieve berekening.
Voorbeeld berekening
Stel een huishouden verbruikt op jaarbasis 1700 m3 aardgas. Deze hoeveelheid energie in aardgas is om te rekenen naar kilowattuur. Eén kuub aardgas bevat namelijk circa 9,769 kWh aan energie. In totaal verbruikt dit huishouden dus jaarlijks 1700 maal 9,769 = 16.607, 3 kWh.
Om deze hoeveelheid energie met behulp van een warmtepomp op te wekken, is het nu mogelijk om te berekenen hoeveel hulp energie hiervoor nodig is. Stel de warmtepomp heeft een SPF-waarde van 4, dan betekent dit dat er jaarlijks circa 4152 kWh aan hulpenergie benodigd is (16.607,3 kWh / 4 = 4.152 kWh) om de totale 16.607,3 kWh aan warmte op te wekken.
De meest gebruikelijke bronnen voor een warmtepomp op dit moment zijn:
En in mindere mate:
In de figuren 2 tot en met 6 wordt een beeld geschetst van het verloop en de beschikbaarheid van de omgevingstemperatuur per omgevingsbron. Er is geen figuur opgenomen van de temperatuur van een zonnecollector/boiler, aangezien dit afhankelijk is van de hoeveelheid vierkante meter zonnecollector. Desalniettemin, geldt dat de zonnecollector de buitenluchttemperatuur volgt, maar zodra de zon schijnt hogere temperaturen produceert, aangezien de ingestraalde zon-thermische energie wordt gewonnen. In figuur 6 is de hoeveelheid zoninstraling uitgemiddeld over het seizoen en over het jaar heen opgenomen. Hieruit valt af te leiden dat in de winter gemiddeld 1,0 kWh/m2 zonne-energie invalt, tegen 5,2 kWh/m2 in de zomer; ruim vijf keer meer. Wanneer dit wordt vergeleken met het jaarlijkse gemiddelde, blijkt dat de insolatie ‘s winters circa 69% minder is, en ‘s zomers ongeveer 61% meer dan gemiddeld.
Figuur 2: fluctuatie bodemtemperatuur in de eerste 10 meter minus maaiveld op verschillende diepten in de bodem. Vanaf circa 10 m-mv is geen seizoensgebonden zonthermische beïnvloeding meer waarneembaar en heerst er een constante achtergrondtemperatuur van circa 10⁰C oplopend tot circa 13 à 15⁰C op een diepte van circa 250 m-mv
Figuur 3: verandering van de lokale bodemtemperatuur bij toepassing van een bodemenergiesysteem als voorbeeld van het effect dat thermische energie kan worden opgeslagen in de bodem. Het voorbeeld is afkomstig van het bodemenergiesysteem ten behoeve van een bestaand kantoorpand
Figuur 4: fluctuatie van de atmosferische buitenluchttemperatuur op basis van het NEN5060-A2 jaar, beginnend in januari en eindigend in december
Figuur 5: fluctuatie van de temperatuur in het oppervlaktewaterlichaam de Noordzee langs de kust bij Zandvoort (bron: meteopagina.nl)
Figuur 6: Dagelijkse insolatie, gemiddeld over 91 dagen (een ‘seizoen’), voor de 4 stralingscomponenten. Van (ongeveer) boven naar beneden: globale (totale; rood) directe (blauw), diffuse (groen), en door de grond gereflecteerde (cyaan) straling. Bron: http://han.vandersluys.nl/pub/PDFs/FactSheetHAN_InstralingZon.pdf
Op basis van de figuren 2 tot en met 6 zijn er de volgende conclusies te trekken over het gebruik van de verschillende omgevingsbronnen voor winning van omgevingswarmte door een warmtepompsysteem:
Nu weet u meer van de duurzame techniek van de Warmtepomp. In het volgende artikel vertel ik u meer over de werking van een zonnecollectorsysteem.
-----------------------------------------------------------------
Vanuit mijn beroep als specialist duurzame technieken bij KWA Bedrijfsadviseurs heb ik onder andere een onderzoek uitgevoerd voor Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO). Het onderzoek heeft vele inzichten opgeleverd over het toepassen van een 19 duurzame installatieconcepten in de bestaande bebouwde omgeving.
Ik publiceer daarom 1x per maand een artikel met uitleg over de te nemen stappen om bestaande gebouwen en woningen op een duurzame manier te verwarmen en/of te koelen. In afzonderlijke artikelen neem ik onder andere de technieken warmte- en koudeopslag in de bodem, warmtepompen, zonnecollectoren, biomassaketels en pelletkachels onder de loep.
Wilt u deze artikelen automatisch ontvangen?
Meld u hier aan, dan stuur ik u het artikel toe zodra het uit is. Zo mist u geen énkel artikel.
Bent u al bezig met het verduurzamen van uw energievoorziening en heeft u vragen over de keuzes die u moet maken? Neem gerust contact met mij op. Ik geef u graag onafhankelijk advies.
Energieprestaties in uw bedrijf op een systematische wijze leren beheersen en verbeteren.
13-06-2019
Bedrijven nemen grondstoffen in en produceren afval en reststromen die ze afvoeren. De grondstoffen ...
Bodemenergie en aquathermie zijn een duurzame methode voor koude- en warmtevoorziening van gebouwen en woonwijken. Voora...