artikel

Hoe vergelijk je het rendement van een warmtepomp en een cv-ketel?

klimaattechniek

Hoe kun je de prestatie van een warmtepomp vergelijken met die van een cv-ketel? Dat leggen we uit in dit artikel. We verklaren een aantal vaktermen en maken een aantal voorbeeldberekeningen.

Hoe vergelijk je het rendement van een warmtepomp en een cv-ketel?

Om de prestaties van een warmtepomp in kaart te brengen zijn de volgende begrippen van belang: 

  • het carnotrendement; 
  • de coefficient of performance (COP); 
  • de seasonal performance factor (SPF); 
  • een vergelijking van de warmte van een warmtepomp en van een hr-ketel, met aandacht voor de primairy energy ratio (PER). 

 

 Carnotrendement

De warmtepomp is een apparaat met een eigen efficiency die, net als bij koelmachines, wordt uitgedrukt in het carnotrendement: 

ηcarnot = (T1 – T2)/T1 

waarbij: 

  • T1 = de hoogste absolute temperatuur; 
  • T2 = de laagste absolute temperatuur. 

in een thermodynamisch proces. Daarin wordt thermische energie omgezet in mechanische energie. Het carnotredement van een ideale, niet in het echt bestaande warmtepomp is 1,0. Het werkelijke carnotrendement ligt tussen ongeveer 0,45-0,75. 

 

Coëfficient of performance (COP)

Bij warmtepompen hebben we het meestal over de COP-waarde (coëfficiënt of performance). Deze zegt iets over de prestatie (performance) van de warmtepomp in relatie tot het gekozen systeem.  

In de volgende formule komt tot uitdrukking dat de COP afhankelijk is van het temperatuurverschil tussen de verdamper- en condensorzijde: 

COPcarnot = Tcondensor/(Tcondensor – Tverdamper) (T = Kelvin) 

Hoe groter het temperatuurverschil is, des te kleiner de COP. Duidelijk is ook dat de COP afhankelijk is van de systeemtemperaturen. Eenzelfde warmtepomp zal bij bodemwarmte als bron (gemiddeld 10 °C) een duidelijk hogere COP behalen dan bij buitenlucht als bron (gemiddeld 4 °C). 

In documentatie van warmtepompen staat altijd onder welke condities de COP geldt, bijvoorbeeld COP W10/W35 (EN 14511): aan de bronzijde voor water van 10 °C, aan de afgiftezijde voor water van 35 °C, bepaald volgens de EN 14511. Dit is belangrijk wanneer je verschillende warmtepompen met elkaar wilt vergelijken. 

We kunnen de COP ook uitdrukken als de verhouding van de hoeveelheid ontwikkelde warmte in de condensor (Pgeleverd) en het vermogen van de compressor (Popgenomen). In formulevorm: 

COP =Pgeleverd/Popgenomen 

waarbij: 

  • Pgeleverd = het geleverde vermogen (gas, elektrisch); 
  • Popgenomen = het gevraagde vermogen (gas, elektrisch). 

 

Seasonal performance factor (SPF)

De COP-waarden van warmtepompen variëren tussen de 3,5 en 6,0, afhankelijk van de bron. Dit zijn echter theoretische waarden onder ontwerpcondities, want in de praktijk zijn ze lager. Men duidt dit aan met SPF (seasonal performance factor), waarbij een jaargemiddeld gebruik is opgenomen. 

Met een elektrisch aangedreven warmtepomp die een SPF-waarde heeft van 3,5, per kW elektriciteit kunnen we bijvoorbeeld 3,5 kW aan warmte leveren. Dit zou een rendement betekenen van 350%, maar hierin is de warmte van de omgeving opgenomen die we ‘gratis’ gebruiken. Volgens de thermodynamica zijn rendementen van meer dan 100% uitgesloten. 

 

Vergelijking van warmte van warmtepomp en hr-ketel (PER)

We kunnen de warmte geleverd door een warmtepomp op twee manieren vergelijken met die van een gasgestookte hr-ketel: 

  • financieel; 
  • qua fossiele energie (PER). 

 

Financiële vergelijking

Stel we hebben voor ruimteverwarming 100 kW gedurende 1 u nodig. De warmtevraag is: 

360.000 kJ 

De warmtepomp met een COP van 3,5 verbruikt hiervoor: 

(100 kW · 1 h)/3,5 = 28,57 kWh aan elektriciteit, ofwel: 

28,57 kJ/s · 3600 s = 102.852 kJ 

Een HR 107-ketel met een rendement op bovenwaarde van 96% heeft hiervoor een hoeveelheid van: 

360.000/0,96 = 375.000 kJ gasverbruik (ruim 3,6 maal zoveel) 

375 MJ/35,17 MJ/ m3 = 10,66  m3 gas 

waarbij: 

  • 35,17 = de calorische bovenwaarde van het aardgas in MJ/m3. 

 

De gas- en elektriciteitsprijzen zijn sterk afhankelijk van het met de energieleverancier afgesproken jaarverbruik, de contractvorm en de actuele energieprijzen. In ons voorbeeld is het prijspeil 2013 aangehouden voor klein verbruik. 

De warmtepomp kost aan energie: 

28,57 kWh · 0,20 = € 5,71 

De hr-ketel kost aan energie: 

10,66  m3· 0,65 = € 6,93 

De warmtepomp is financieel ongeveer 20% voordeliger. 

 

Vergelijking qua fossiele energie: primairy energy ratio (PER)

Het energieverbruik van de warmtepomp en de hr-ketel kunnen we: 

  • op kJ met elkaar vergelijken, omdat de energie van de ketel bestaat uit 100% fossiele energie (aardgas) en de energie van de warmtepomp bestaat uit elektrische energie, die met een rendement van 39% is opgewekt uit fossiele energie; 
  • omrekenen naar het primaire verbruik van fossiele energie, wat de PER (primairy energy ratio) oplevert. 

De PER is de verhouding tussen de nuttig gebruikte warmte en de primaire (fossiele) energie. 

De elektriciteit die de warmtepomp verbruikt, wordt in elektriciteitscentrales opgewekt uit hoofdzakelijk fossiele brandstoffen. Het landelijk gemiddelde centrale rendement bedraagt ongeveer 39%. De warmtepomp verbruikt: 

102.852/0,39 = 263.723 kJ fossiele energie: 

De PER van de warmtepomp is: 

360.000/263.723 = 1,36 

De PER van de hr-ketel is: 

360.000/375.000 = 0,96 

De warmtepomp bespaart ongeveer 40% fossiele energie ten opzichte van de hr-ketel. 

 

Meer kennisartikelen over klimaattechniek vindt u op Vakbase W-installatie

Klimaatbeheersing 1 bevat informatie over de theorie en praktijktoepassingen van warmtetechnieken en Klimaatbeheersing 2 behandelt luchtbehandeling, ventilatie en koeling.

Abonnees van Gawalo kunnen gratis gebruikmaken van de Vakbase W-installatie. Als u een activatiecode heeft gekregen, kunt u dit product voor drie maanden gratis activeren via het menu rechtsbovenin in de Vakbase.

Reageer op dit artikel