Hybride warmtepomp een tussenoplossing naar gasloos ?!
Vooraf: Vanuit de industrie en milieuorganisaties vindt een lobby plaats bij de politiek om straks enkel maar nieuwe cv-ketels te verkopen in combinatie met een warmtepomp; Hybride opstellingen dus.
Deze hybride installaties gaan namelijk nog steeds uit van het toevoegen van een aardgasketel. Het is dus niet de oplossing om gasloos te worden. Ja natuurlijk besparen we hiermee wel aardgas uit en sterker ook de energie kosten zullen in de meeste gevallen afnemen. Maar of dit nu een verstandige keuze is? Dat leest u in dit artikel.
Inhoud
Beste keuze
De beste keuze zou zijn om alleen te gaan voor totale warmtepomp oplossingen zonder aardgas. Dus nu uw huis opknappen m.b.t. isolatiewaarde en kierdichtheid en dan uw installatie daarna aanpassen naar een warmtepomp zonder aardgas. U investeert dan in één keer wel meer maar bent gereed voor de toekomst.
Een hybride systeem is maar een tijdelijke oplossing. Als u nu in zo’n installatie investeert moet u in de toekomst alsnog om gaan turnen naar een gasloze installatie.
Wat ons betreft moet Nederland nu gaan investeren in een beter elektrisch net, zodat ieder straks voldoende stroom op zijn/haar kabel kan afnemen. Daarna gaan we over op elektrisch gerichte verwarmingsoplossingen zoals de warmtepomp. In die tussentijd moet we ook investeren in slimme methodes om elektriciteit duurzaam op te wekken en op te slaan. Uiteindelijk moeten we daarna dan elektriciteit een stuk goedkoper maken en aardgas iets duurder.
Uiteraard heeft ieder zo zijn of haar mening. Daarom zijn er ook genoeg mensen die nu kiezen voor de tussenoplossing HYBRIDE. Enerzijds uit milieuoverweging anderzijds om met de tijd mee te gaan en te kiezen voor een zo laag mogelijke energierekening.
Wat is een ‘hybride warmtepomp’
Wij kennen natuurlijk het woord ‘hybride’ wel van de hybride auto’s of de hybride fiets. Een hybride toestel maakt gebruik van 2 verschillende soorten brandstof. Bij een auto kan dat bijvoorbeeld Elektriciteit (accu) en Benzine zijn, bij een fiets wordt weer bedoeld de ‘menselijke energie van trappen’ en elektriciteit in de vorm van een accu.
De nadruk ligt op verschillende soorten want een auto die zowel op gas als benzine kan rijden is geen HYBRIDE maar een ‘duo brandstof’ ‘dual fuel’ .
Een Hybride Warmtepomp is dus een combinatie van een warmtepomp en een ander toestel. In ons land is dat bijna altijd een combinatie van een aardgastoestel en een warmtepomp. Dus een cv-ketel en warmtepomp.
Een Hybride installatie kan bestaan uit 2 losse toestellen die samen de ‘hybride opstelling’ zijn. Maar er zijn ook apparaten waarin beide zijn gecombineerd onder één mantel ‘het hybride toestel’.
De hybride combinatie kan dus worden gemaakt met een HR-ketel en
- lucht/water warmtepomp
- ventilatielucht/water warmtepomp
- brine/water warmtepomp
- water/water warmtepomp
De ‘in één mantel’ toestellen zijn meestal de toestellen waarin een HR-ketel is gecombineerd met een lucht/water warmtepomp. Dit kan zowel ventilatielucht als buitenlucht zijn. Als je gaat kijken naar ‘brandstof kosten in Euro’ dan zie je dat (anno 2018) de buitenlucht/water warmtepomp bijvoorbeeld tot ca. 4 °C buitenlucht temperatuur goedkoper is in brandstof euro’s dan de HR-ketel, wordt de temperatuur buiten lager dan gaat een goede HR 107 ketel, het weer winnen in brandstof euro’s.
Het is dus mooi om deze combinatie te maken en het toestel te gebruiken dat op dat moment het goedkoopst kan verwarmen.
Er zijn al toestellen op de markt die via internet de brandstofprijzen door krijgen (in sommige landen wisselt dit per dag) en daarop hun keuze maken.
Onderstaand wat HYBRIDE warmtepomp/ketel opstellingen:
Voorbeeld A (bovenstaand) toont een installatie die geheel laag temperatuur is. Je zou deze dus ook al zonder CV-ketel kunnen uitvoeren.
De CV-ketel verzorgt hier het tapwater en in de winter helpt de ketel de warmtepomp om voldoende vermogen te kunnen leveren voor de verwarming.
Hybride voorbeeld D (hierboven) is gemaakt in een renovatie woning. De woning heeft radiatoren behouden welke een aanvoer van 50 graden nodig hebben om voldoende warmte te kunnen leveren. In de woonkamer en keuken is destijds al vloerverwarming aangebracht welke eerst alleen op een cv-ketel heeft gefunctioneerd.
Hybride voorbeeld C (hierboven) is gemaakt in een renovatie woning. De woning heeft radiatoren behouden welke een aanvoer van 70 graden nodig hebben om voldoende warmte te kunnen leveren. In de woonkamer en keuken is nieuwe LT vloerverwarming aangebracht welke verwarmd gaat worden door de warmtepomp. In de winter kan de ketel de warmtepomp ondersteunen met extra warmte. In dit schema is gekozen om de warmte te halen uit de retour van de cv installatie.
Hybride voorbeeld E (hierboven) is gemaakt in een renovatie woning. De woning heeft radiatoren behouden welke een aanvoer van 70 graden nodig hebben om voldoende warmte te kunnen leveren. In de woonkamer en keuken is nieuwe LT vloerverwarming aangebracht welke verwarmd gaat worden door de warmtepomp. In de winter kan de ketel de warmtepomp ondersteunen met extra warmte. In dit schema is gekozen om de warmte te halen uit de aanvoer van de cv installatie. Dit in tegenstelling tot schema C, waar we de warmte uit de retour haalde.
Noot: Als we de ketel aanzetten zal er sneller warmte te halen zijn uit de aanvoer dan uit de retour. Immers voor er genoeg warmte is in de retour moet er ook al warmte in het systeem zijn.
Anderzijds in de winter is de badkamerradiator waarschijnlijk warm en kun je dus ook uit de retour warmtehalen als in schema C. Hierdoor wordt de retour richting de ketel nog iets lager waardoor het rendement van de HR ketel iets toeneemt.
Open-verdeler
U ziet in bovenstaande voorbeelden steeds een ‘Open verdeler’ getekend, ook wel een ‘Evenwichtsfles’ genoemd.
Waarom doen we dit?
In het afgifte systeem kan een wisseling/ wijzing van de flow voorkomen doordat groepen dicht kunnen lopen. Daarnaast hebben we te maken met de flow (liters per seconde) van de circulatiepomp in de CV-ketel en de circulatie pomp van de warmtepomp (liters per seconde). Vaak wordt de ketel pomp gestuurd door de ketel en die van de warmtepomp door de warmtepompregeling. De circulatiepompen weten dus eigenlijk niet van elkaar wat ze aan het doen zijn. Om te voorkomen dat deze elkaar te veel gaan beïnvloeden plaatsen we een open verdeler. In de openverdeler kan warmte worden overgedragen van het ene circuit naar het ander circuit en beïnvloeden beide flows elkaar nauwelijks. Dit wordt ook wel hydraulische scheiding genoemd.
Een dergelijke Openverdeler toepassing voorkomt nare flow problemen en storingen in beide toestellen.
De evenwichtfles dient uiteraard correct te worden gedimensioneerd. Kijk voor info hierover op onze pagina installatie tips.
Kan het ook zonder deze ‘Evenwichtsfles’?
Ja, het kan ook zonder openverdeler functioneren, maar daarbij is een goede elektronische regelaar en sensoren noodzakelijk. Een dergelijke regelaar stuurt alle pompen elektronisch aan met een toerenregeling. Op die manier kan in alle circuits naar de juiste temperaturen en flows ( denk aan delta T) worden gestuurd.
De regeling om een hybride installatie aan te sturen.
In de praktijk is het bijna altijd de warmtepomp welke een regeling heeft om de ketel aan te sturen voor ‘bijverwarming’. In de meeste gevallen kunt u ook temperatuur sensoren aansluiten op de warmtepompregeling. Informeer bij het door u gekozen merk naar hun mogelijkheden of schema’s. Daarnaast zijn er ook Gebouwbeheersystemen die de mogelijkheid hebben om de warmtepomp en ketel aan te sturen wanneer nodig. In de praktijk maken we zelfs mee dat ‘techneuten’ middels PLC-sturing en computerregelingen zelf iets bouwen. Helaas maken we ook mee dat deze techneuten veel verstand hebben van hun vak (PLC-sturing) maar soms minder van hydraulische schema’s.
Het kiezen voor een goede warmtepomp met eigen regeling is daarom onze aanbeveling.
Besparing met Hybride warmtepomp systeem; Rekenvoorbeeld:
Eenvoudig rekenvoorbeeld (Laag temperatuur opstelling hybride / installatie voorbeeld A van bovenstaande schema’s)
Stel u heeft nu een goed geïsoleerde woning en uw jaarlijks gasverbruik bedraagt 1600m³ gas. We nemen aan dat daarvan 65 m³ gas voor tapwater bestemd is (normaal 3 personen)
Het gasverbruik voor verwarming nemen we dan als 1600 m³ – 65 m³ = 1535m³ gas per jaar.
1535 m³ gas komt overeen met een afgegeven vermogen van 1535m³ x 8,8 * (*bovenwaarde groningsaardgas minus 10% rendementsverlies) = 13.508 kWh per jaar.
We kunnen stellen dat een gasketel in Nederland per jaar ca 1650 vollasturen maakt voor verwarming (bij een woning gebouwd tussen 2000 en 2010)
Dat leert ons dat het juiste ketelvermogen 13.508 gedeeld door 1650 uur = 8,2 kW bedraagt.
Stel nu dat we een warmtepomp nemen van 6,5 kW (80% van het vermogen) dan dekken we daarmee volgens de statistiek jaartabellen 97% van het jaar (zie voor de tabel ook de pagina terugverdientijd)
Van de benodigde 13.508 kWh wordt dan dus 97% door de warmtepomp gedekt = 13.099 kWh
Niet door de warmtepomp gedekt is de 65m³ gas voor tapwater (we hebben een combi ketel die goed is in tapwater) en niet gedekt voor verwarming is (13.508 – 13.099 kWh) 409 kWh, wat weer overeen komt met 409 kWh : 8,8 = 46 m³ gas.
Door een hybride opstelling te maken ketel+warmtepomp gaat het gasverbruik dus terug van 1600 m³ naar (46 + 65 =) 111 m³ gas verbruik per jaar.
De warmtepomp gaat dus 13.099 kWh doen per jaar, stel dat (een moderne warmtepomp) een jaar SPF (S COP) haalt van 4, dan is het verbruik van de warmtepomp 13.099 : 4 = 3275 kWh per jaar.
Resume en in geld: (exclusief vaste aansluitkosten/ die blijven toch gelijk na de aanpassing)
Met alleen de ketel verbruikte we voor verwarming en tapwater 1600 m³ gas per jaar.
Met een m³ prijs van € 0,65 geeft dat per jaar € 1040,-
In de nieuwe situatie met Lucht/water warmtepomp wordt het verbruik per jaar:
111 m³ gas x € 0,65 = € 72,15 per jaar
elektra voor verwarming 3275 kWh x €0,20 (kWh prijs elektra) = €655,-
Totaal per jaar kosten aan energie: €655 + €72) = € 727,-
We besparen dus per jaar IN DEZE VOORBEELD WONING:
€ 1040 (gas oud ) – 727 (gas/elektra nieuw) = € 313,- aan energiekosten met de nieuwe hybride opstelling.
In uw overweging kunt u eventueel wel meenemen dat met PV panelen wellicht een gedeelte van de kWh elektra energie, benodigd door de warmtepomp, is te dekken. Voor aardgas gaat dat natuurlijk niet.
Onderstaand nog een voorbeeld van een hybride systeem met een buitenlucht/warmtepomp en HR ketel. Hier ziet u een type dat in dezelfe mantel (binnenunit) de CV-ketel zit als ook de regeling van de binneninstallatie; Op die manier hoef je zelf minder leidingen aan elkaar te knopen.
Een hybride systeem met ventilatielucht warmtepomp:
Wat gebeurt er in deze (ventilatie) hybride installatie ?
- Uit de ventilatielucht wordt door een ventilatielucht warmtepomp energie gewonnen.
- Deze energie wordt in de ventilatielucht warmtepomp afgegeven op de condensor / wisselaar.
- Aan de andere kant van de condensor pompt een circulatiepomp systeem water rond: boven het buffervat in en onderlangs het buffervat weer uit en terug naar de condensor.
- Met de warmte van de ventilatielucht warmtepomp wordt dus het buffervat verwarmd.
Tapwater:
- Tijdens het douchen stroomt koud water door een spiraal in het buffervat naar de ketel toe, zodoende wordt het koude tapwater in de bufferspiraal al voorverwarmd omdat de buffertank warm is.
- De ketel is ook aangegaan omdat er getapt wordt, het cv-water komt nu niet buiten de ketel maar gaat door de warmtewisselaar bij de brander, dan via de driewegklep door de tapwisselaar en weer terug naar de warmtewisselaar bij de brander. De CV-ketel warmt dus de primaire kant van de tapwaterwisselaar op.
- Aan de secundaire kant van de tapwaterwisselaar stroomt, tijdens tappen, het tapwater er door heen en wordt dus verder opgewarmd door de ketel.
Verwarming:
- De ketel warmt de warmtewisselaar op, het cv-water stroomt via de driewegklep de ketel uit naar het verwarmingsafgiftesysteem (radiatoren bijvoorbeeld) als het door het afgiftesysteem heen is komt het afgekoelde retour-cv-water in de buffer terecht, de buffer is opgewarmd door de ventilatielucht warmtepomp, het cv-water wordt dus weer iets opgetild in temperatuur, de ketel warmt het weer verder op … en de kring is rond.
De ventilatielucht warmtepomp draagt dus bij aan energie voor tapwater en verwarming in dit voorbeeld.
Wat draagt de ventilatielucht warmtepomp per jaar bij aan energie ?
Laten we een theoretisch voorbeeld maken en kijken wat in een voorbeeld situatie de ventilatielucht warmtepomp bij kan dragen.
Stel we hebben een goed geïsoleerde woning uit 2012 met alleen een HR- combiketel en mechanische ventilatie. Het gasverbruik over 2013, 2014 en 2015 is uit gemiddeld op 1600 m³ gas.
Het gezin bestaat uit 3 personen, we nemen aan dat voor tapwater 3000 kWh per jaar aan energie nodig was, 3000 kWh : 8,8 (netto inhoud in kWh van één m³ aardgas) = 340 m³ gas voor tapwater per jaar.
Voor verwarming hebben we dus 1600 m³ – 340 m³ = 1260 m³ gas per jaar nodig.
In kWh is dit per jaar: 1260 m³ x 8,8 (netto inhoud gas in kWh) = 11.088 kWh per jaar.
Van onze ventilatielucht warmtepomp is bekend dat, als de compressor draait, deze 1,3 kW levert.
Stel dat deze 24 uur continu draait dan levert deze dus maximaal 24 uur x 1,3 kW = 31,2 kWh per dag
(of 31,2 x 365/12) = maximaal 949 kWh per maand.
Volgens statistieken draait een cv-ketel omgerekend 1650 vollast uren per jaar.
We kunnen nu ook het theoretisch benodigd verwarmingsvermogen van de ketel vaststellen:
Per jaar is nodig 11.088 kWh : 1650 uur (vollast draaiuren) = 6,72 kW !
(We hebben een ketel van 24 kW, veel te groot dus voor verwarming, maar gunstig voor tapwater comfort).
Het benodigde vermogen voor tapwater kunnen we natuurlijk verdelen over 365 dagen:
3000 kWh : 365 dagen = 8,219 kWh per dag.
Die 1650 draaiuren voor verwarming, uit de statistieken, zijn verdeeld over 12 maanden.
Om een en ander duidelijk te maken, plaatsen we het in een tabel.
We rekenen voor het gemak dat elke maand 365 dagen : 12 maanden : 30,41 dagen heeft, dat maakt het invullen van de tabel wat makkelijker. We kunnen dan dus stellen dat we 3000 kWh : 12 maanden is 250 kWh per maand nodig hebben voor tapwater.
De tabel, die het makkelijker maakt om te rekenen en beredeneren:
Wat zien we in de tabel ?
- Kolom a: aan de hand van statische- en graaddagen gegevens van de afgelopen jaren hebben we de 1650 vollast uren verdeeld over de werkelijke energievraag voor verwarming per maand.
- Kolom b: van de jaarlijkse warmtevraag, valt hoeveel % in welke maand (vergelijkbaar met kolom a)
- Kolom c: we hadden, aan de hand van het bekende gasverbruik al uitgerekend (tekst boven de tabel) wat de theoretische transmissie bedraagt (in dit voorbeeld 6,72 kW) we vermenigvuldigen dit met het aantal draaiuren in die maand en komen dan aan kWh nodig voor verwarming in de bepaalde maand.
- Kolom d: het benodigd vermogen per maand voor tapwater verwarming, dit is niet weersafhankelijk dus voor elke maand gelijk gesteld.
- Kolom e: het benodigd verwarmingsvermogen + het benodigd tapwater vermogen per maand opgeteld.
- Kolom f: de voorbeeld ventilatielucht warmtepomp geeft maximaal per maand dit vermogen.
(1,3 kW x 24 uur x 365 dagen ) : 12 maanden = 949 kWh - Kolom g: gevraagd vermogen in die maand minus het door de ventilatielucht warmtepomp maximaal mogelijk geleverd vermogen is vermogen wat de ketel nog moet aanvullen (alleen de positieve getallen)
- kolom 10: De bijdragen die de ventielatielucht warmtepomp ‘kwijt kon’ in die maand (kon leveren)
- Kolom11: Het aantal draaiuren wat de compressor van de ventilatielucht warmtepomp kon maken in die maand
Wat valt meteen op, nu we het in de tabel hebben geplaatst:
- In de maand mei t/m september zouden we theoretisch geen ketel meer nodig hebben.
Maar let op ! We schrijven met nadruk ‘theoretisch’ want onze berekening gaat uit van het maximaal mogelijke dat de ventilatielucht warmtepomp kan doen. Tijdens tappen van tapwater zal -in de praktijk- ook in de zomer maanden de ketel even bij komen. Daarnaast hangt natuurlijk ook de praktische bijdragen voor verwarming af van de ‘kamerthermostaat’ !
Uitkomst van onze theoretisch voorbeeld:
1. Toen we alleen een ketel hadden verbruikte we 1600 m³ gas per jaar (x 8,8 = 14080 kWh)
Wij betalen per m³ gas € 0,65 (gebruikt u uw gasprijs) = 1600 m³ x € 0,65 = € 1040,– per jaar.
2. In de nieuwe situatie is de maximale bijdragen per jaar van de ventilatieluchtwarmtepomp 9284 kWh (kolom h). Met de ketel moeten we het tekort aanvullen (kolom g) 4803 kWh (bij elkaar weer het totaal benodigd vermogen / afronden)
De opgegeven SPF / SCOP van de ventilatieluchtwarmtepomp bedraagt 3,8
De energie kosten per jaar worden nu:
Aardgas: 4803 kWh : 8,8 = 545 m³ aardgas x € 0,65 = € 354,-
Elektra: 9284 kWh : 3,8 (SPF van de warmtepomp) = 2443 kWh uit het net (de rest van de energie komt uit de ventilatielucht)
Voor elektra betalen wij € 0,20 per kWh (gebruik uw eigen elektra prijs)
2443 kWh x € 0,20 = € 488,-
Dan tellen we gas (354) = elektra (488) op en zien we dat onze nieuwe energie rekening € 842, – per jaar wordt.
De theoretisch maximale besparing per jaar, – in euro – in dit voorbeeld – is dus: € 1040 minus € 842 = € 198,-
Besparing CO2 door hybride warmtepomp
Algemeen: de CO2-uitstoot van een hybride warmtepomp is nog niet de helft van die van een hr-ketel op gas. Een hr-ketel op gas stoot voor verwarming (1.400 m3 gas) zo’n 2.600 kilo CO2 per jaar uit. Een warmtepomp die 2900 kWh + 40 m3 gas per jaar gebruikt, stoot zo’n 1.100 kilo CO2 uit als hij stroom van het net gebruikt. Komt je stroom van zon of wind, dan is de CO2-uitstoot natuurlijk nog veel lager. Een hybride warmtepomp is dus beter voor het klimaat.
