Toekomst van Warmtepompen

Nederland is sinds de jaren 60 van de vorige eeuw een aardgasland geworden. Nu breekt er een periode aan waarin we daar langzaam afscheid van moeten nemen. De gaswinning in Groningen is niet langer verantwoord en het gebruik van aardgas is strijdig met klimaatdoelstellingen.

Netwerkbedrijven zijn binnenkort niet meer verplicht om nieuwbouwwoningen aan te sluiten op het aardgasnet. Gemeenten krijgen dan de mogelijkheid om zelf keuzes te maken in de energie-infrastructuur: een warmtenet, groen gas of alleen elektriciteit. Eén ding is zeker: aardgas komt er op de meeste nieuwbouwlocaties niet meer aan te pas.
Daarmee staat de bouwsector voor een enorme uitdaging: het leveren van gezonde en comfortabele woningen, waar zonder aardgas wordt voorzien in verwarming en warmwater. Vanaf 2020 moeten nieuwbouwwoningen bovendien (bijna) energieneutraal zijn (BENG).

Vanaf 2010 is de warmtepomp in ons land een opmars aan het maken. In vele nieuwbouwprojecten wordt gekozen voor een warmtepomp, maar ook de renovatie markt kiest al voor de warmtepomp soms nog in een hybride vorm waarbij de gasketel nog zorgdraagt voor de piekvraag in de winter.
Belangrijk blijft nog wel dat men eerst zorgt dat er zo weinig mogelijk energie nodig is, door het goed isoleren en kierdicht maken van de woning. Pas daar dan vervolgens een warmtepomp toe en we zijn klaar voor de toekomst.

In 2015 / 2016 heeft de Universiteit van Utrecht, samen met o.a. de DHPA een onderzoek gedaan naar de toekomst van de warmtepomp in de bestaande bouw. Het rapport hierover is zeer uitvoerig en geeft tussen de regels door ook heldere informatie over warmtepompen:

Warmtepomptechnologie voor de productie van ruimteverwarming en warm tapwater bezit de potentie om een belangrijke bijdrage te leveren aan het verduurzamen van de bestaande woningvoorraad in Nederland. Warmtepompen zijn efficiënt en leveren duurzame energie waardoor het fossiele energiegebruik in de bestaande woningvoorraad vermindert. Ook kan brede toepassing van de warmtepomp als spin-off een stimulerende werking hebben op de installatie-, bouw- en elektriciteitssector.

Het onderzoek maakte gebruik van het Technologisch Innovatie systeem (TIS) framework; Eerst wordt een inschatting gegeven van de huidige fase van ontwikkeling en het functioneren van het systeem. Vervolgens wordt gekeken naar mogelijke groeipaden voor het behalen van de doelstelling van 300.000 extra geïnstalleerde warmtepompen voor eind 2020. De analyse geeft vernieuwende inzichten aangaande de mogelijkheden om warmtepomptechnologie in Nederland te stimuleren en draagt daarmee bij aan de kennis-positie van Nederland op het gebied van verduurzaming van de bestaande bouw.

Uit de analyse kwam naar voren dat de warmtepomp binnen verschillende renovatieketens wordt toegepast welke elk hun eigen renovatieaanpak en voorkeur voor typen warmtepompen hebben ontwikkeld. Ten eerste richt de ‘traditionele renovatieketen’ zich voornamelijk op de toepassing van warmtepompen voor het behalen van label-stappen en ten tweede richt de ‘keten van renovatieconcepten’ zich op de bijdrage van de warmtepomp voor het behalen van Nul-Op-de-Meter (NOM) renovaties.

Keuze warmtepomp type

De keus voor het warmtepomp type is sterk afhankelijk van de woning waarin de warmtepomp wordt geplaatst. De warmtepomp als systeem bevat, inclusief de warmtepomp, vijf componenten:

• Woning

De grootte van de woning, de mate van isolatie en de kierdichtheid zijn grotendeels bepalend voor de warmtevraag van de woning en hebben daarmee effect op de capaciteit en de keuze van het type warmtepomp

• Gebruiker

De gebruiker stelt eisen aan de capaciteit van de warmtepomp, bijvoorbeeld aan de hoeveelheid en temperatuur van warm tapwater dat tegelijkertijd beschikbaar moet zijn en de temperatuur (en de wijzigingen daarin) waarop de ruimte verwarmd moet worden.

• Afgiftesysteem

De afgifte temperatuur van het cv-water voor ruimte-verwarming is mede bepalend voor het rendement van de warmtepomp. Bij traditionele radiatoren in een niet goed geïsoleerde woning is water met een hogere temperatuur nodig (hoge temperatuurverwarming- HTV). Bij het gebruik van radiatoren in een goed geïsoleerde woning is een middelhoge temperatuur water nodig (MTV) en bij het gebruik van convectoren, vloer en/of wandverwarming is veelal water van een lagere temperatuur water nodig (LTV). Ook is de verhouding tussen het tapwater en verwarmingswater van belang voor de capaciteit van de warmtepomp.

• Bron

Warmtepompen kunnen gebruik maken van verschillende energiebronnen. Ten eerste speelt de externe energiebron een rol (buitenlucht, ventilatielucht, water of grond). Daarnaast kan de warmtepomp met verschillende energiedragers worden aangedreven (gas, elektriciteit of heet water). Tenslotte kan de warmtepomp zelfstandig in de verwarmingsbehoefte voorzien of kan er sprake zijn van bijverwarming op dagen met een hoge warmtevraag (de winter) of om een piek in tapwatervraag op te vangen. Deze bijverwarming kan elektrisch zijn (elektrisch element) of gas gedreven (HR-ketel). Al deze componenten bepalen samen de keus voor de capaciteit en het type warmtepomp. Het bovenstaande maakt helder dat de warmtepomp niet los te zien is van de rest van het systeem waarin deze wordt geplaatst

De focus ligt op 2 typen warmtepompen:

• Elektrische warmtepomp

‘Standalone warmtepomp met elektrische bijverwarming alleen als back-up.’ Deze warmtepomp voorziet het overgrote gedeelte van het jaar de gehele woning van warmte (hoge dekkingsgraad). Alleen op dagen met een bijzonder hoge warmtevraag (bv. bij zeer strenge vorst) en een piek in de tapwatervraag is elektrische bijverwarming noodzakelijk. Deze bijverwarming is wel naar keuze uit te schakelen.

• Hybride warmtepomp

‘Elektrische warmtepomp in combinatie met gasgestookte installatie, zowel als add-on oplossing bij een HR-ketel of in één apparaat.’ Deze warmtepomp heeft een kleinere capaciteit in vergelijking met een standalone warmtepomp en voorziet de woning volledig van warmte op dagen met een relatief lagere warmtevraag (lagere dekkingsgraad). Op dagen dat de warmtevraag hoger is dan de warmtepomp kan leveren zorgt een gasgestookte installatie voor de overige warmtelevering. Zowel warmtepompen als add-on oplossing bij een bestaande ketel als warmtepomp en ketel in één apparaat vallen binnen deze categorie. Een warmtepomp als add-on oplossing wordt ook vaak een warmtepomp in bivalente opstelling genoemd.

Door de focus op bovenstaande 2 typen warmtepompen vallen een paar typen warmtepompen buiten de verdere analyse. Ten eerste de elektrische warmtepomp met een relatief lage dekkingsgraad die in combinatie met een elektrische verwarmingsinstallatie wordt toegepast. Dit type is wel commercieel beschikbaar, maar ondervindt sterke weerstand vanuit netbeheerders vanwege de pieken op het net die het kan veroorzaken. Tevens is dit type energetisch gezien geen efficiënte keuze.

Ten tweede nemen we de gasgedreven warmtepomp met verbrandingsmotor niet mee. Dit type warmtepomp wordt vooral toegepast in utiliteitsbouw en is te groot voor de toepassing in woningen. Tenslotte valt de gasgedreven warmtepomp met brandstofcel buiten de analyse. Dit type is nog niet uitontwikkeld en is naar verwachting niet opschaalbaar in de periode t/m 2020.

Niet alle externe energiebronnen zijn even gemakkelijk toepasbaar of schaalbaar in de bestaande bouw:

• Buitenlucht

Alle woningen hebben de beschikking over buitenlucht. Buitenlucht warmtepompen kunnen daarmee in alle typen woningen worden toegepast, zowel in meergezinswoningen, rijtjeshuizen, vrijstaande woningen etc.

• Ventilatielucht

Alleen woningen die beschikken over mechanische ventilatie, zonder aanwezigheid van warmteterugwinning, zijn geschikt voor ventilatielucht warmtepompen. Dit type warmtepomp wordt altijd als hybride warmtepomp toegepast, aangezien zij niet in de gehele warmtevraag van een woning kan voorzien.

• Bodem

Het aanbrengen van een bodemsysteem maakt deze bron technisch en organisatorisch meer ingewikkeld in vergelijking met de luchtwarmtepomp. Dit speelt bij de renovatie van woningen een grotere rol dan bij nieuwbouw (de tuin moet bv. gedeeltelijk opnieuw worden aangelegd na het slaan van de bron). Ook is de grond niet overal even geschikt voor toepassing van een bodemsysteem en is een minimale afstand tussen bodembronnen nodig (en dat is soms lastig in dichte bebouwing). De technische uitvoering en organisatorische uitdagingen maken dit type warmtepomp dan ook relatief duur in vergelijking met andere typen. Toch heeft een bodemsysteem een aantal voordelen ten opzichte van andere bronnen (bv. zeer efficiënte passieve koeling), waardoor de verwachting is dat men bij vergaande woningrenovatie soms toch voor een grondgebonden warmtepomp zal kiezen.

• Water

Warmtepompen die water als energiebron gebruiken zijn niet goed schaalbaar in de bestaande bouw, aangezien oppervlaktewater vaak niet beschikbaar is.

De focus ligt op warmtepompen die lucht of de bodem als externe bron gebruiken.

Ventilatielucht warmtepompen vallen altijd binnen de hybride categorie. Buitenlucht warmtepompen komen zowel in hybride en als standalone opstelling voor. Het gebruik van de bodem als bron gebeurt vrijwel uitsluitend in combinatie met een elektrische warmtepomp.

Ideale omstandigheden voor de warmtepomp..

vinden plaats bij een optimale combinatie van de overige componenten van de warmtepomp als systeem.

• Hoe kleiner het verschil tussen de brontemperatuur en de afgiftetemperatuur, hoe hoger het rendement met de warmtepomp zal zijn (hogere COP). Een kleiner verschil leidt tot een hogere dekkingsgraad en vereist een kleinere capaciteit warmtepomp wat resulteert in lagere investeringskosten.
• Hoe beter de isolatie en de kierdichting van de woning, hoe lager de afgiftetemperatuur kan zijn: Verregaande isolatie van woningen (en het op een juiste manier aanbrengen hiervan) vergroot de aantrekkelijkheid van de toepassing van de warmtepomp. Er is namelijk een lagere en constante warmtevraag en daardoor is een warmtepomp met een lagere capaciteit afdoende wat de investeringskosten drukt.
• Lage temperatuurverwarming heeft een lagere afgiftetemperatuur: Het gebruik van wand of vloerverwarming of convectoren als afgiftesysteem in plaats van standaard radiatoren heeft een positief effect op het rendement van de warmtepomp
• Externe energiebron: Ventilatielucht heeft vooral in het stookseizoen een hogere temperatuur dan buitenlucht, waardoor het verschil tussen de brontemperatuur en de afgiftetemperatuur lager is. Ventilatielucht warmtepompen hebben hierdoor vaak een hoger rendement (COP) in vergelijking met warmtepompen die buitenlucht als energiebron gebruiken. Een nadeel van ventilatielucht warmtepompen is dat de capaciteit begrensd wordt door de hoeveelheid beschikbare ventilatielucht. Een renovatieproject waarbinnen gekozen wordt voor verregaande isolatie in combinatie met lage temperatuurverwarming biedt de ideale omstandigheden voor de toepassing van de warmtepomp. Hierbinnen is nog de keuze te maken voor een ventilatiewarmtepomp in hybride opstelling of een standalone buitenlucht warmtepomp. Welke combinatie van woning, afgiftesysteem, warmtepomp en externe energiebron wordt gekozen blijkt sterk samen te hangen met welk renovatiedoel wordt nagestreefd.

Renoveren van woningen:

Het renoveren van woningen start met het bepalen van het na te streven renovatiedoel. Gaan we tot de relatief betaalbare doelstelling van label B of moeten we meer ambitieus zijn en label A++ als doel stellen? Of zou NOM-renovatie de ambitie moeten zijn?

• Label B

In het Energieakkoord is overeengekomen dat alle corporatiewoningen in 2020 gemiddeld label B moeten hebben. De verwachting is daarom dat label B renovatie t/m 2020 een veel gekozen renovatiedoel zal zijn.

• Vanaf label B tot A++

Provincies, gemeenten en individuele woningcorporaties kiezen regelmatig om de ambitie te verhogen tot label A of zelfs label A++ renovatie. Sommige overheden stellen hier subsidies voor beschikbaar. Het komt ook veel voor dat woningcorporaties ook zonder subsidies kiezen voor een hogere ambitie dan label B. Dat kan te maken hebben met ambitieus beleid van individuele woningcorporaties, maar vaak komt het doordat de doelstelling in het Energieakkoord gemiddeld label B in 2020 is. Woningrenovatie tot label A++ verlaagt dan het benodigde ambitieniveau voor de rest van de woningvoorraad.

• Nul-Op-de-Meter (NOM)

Binnen de Stroomversnelling convenanten is het doel gesteld op NOM-renovatie. Deze woningen produceren gemiddeld over een jaar evenveel energie als dat ze gebruiken. All-electric oplossingen hebben vooralsnog de overhand, hoewel NOM woningen ook een gas- of standsverwarmingaansluiting kunnen hebben.

Naast bovengenoemden bestaan ook andere renovatiedoelen, zoals Energieneutraal en Passiefhuis. De huidige focus in Nederland lijkt echter te liggen op labelstappen of NOM-renovatie. Daarbij is het van belang om te beseffen dat deze renovatiedoelen soms op hetzelfde neerkomen. Zo kan een woning prima tegelijk voldoen aan de eisen van label A++, NOM-renovatie en het Passiefhuis.

Particuliere woningeigenaren laten zich, in tegenstelling tot woningcorporaties en in mindere mate particuliere verhuurders, niet leiden door doelstellingen vastgelegd in convenanten. De meeste particuliere woningeigenaren geven tot op heden de voorkeur aan geleidelijke in plaats van éénmalige grootschalige renovatie. Woningrenovaties door particuliere woningeigenaren beslaan daarom het gehele spectrum t/m label A++ renovatie. Renovatieconcepten gericht op particuliere woningeigenaren zijn nog in ontwikkeling binnen het Stroomversnelling Koopwoningen convenant.

Keuze voor type warmtepomp bij renovatie

De keuze voor het type warmtepomp hangt, zoals we eerder hebben gezien, sterk af van de overige componenten van de warmtepomp als systeem. Het renovatiedoel beïnvloedt sterk de invulling van deze componenten.

• Label B

Deze doelstelling, en vanzelfsprekend ook lagere ambities, zijn al te behalen met een efficiënte HR-ketel. Een warmtepomp is niet perse nodig. Woningisolatie is noodzakelijk, maar niet op een hoog niveau. Ook met een HTV afgiftesysteem is label B goed te behalen. Zowel met de hybride als de elektrische warmtepomp kan label B goed worden gehaald. Als een elektrische warmtepomp wordt toegepast is wel een grote capaciteit warmtepomp nodig, omdat de warmtevraag van de woning niet bijzonder laag is.

• Label B t/m A++

Hoe hoger de ambitie wordt, hoe moeilijker deze te behalen is met alleen een efficiënte HR-ketel. Er is meer isolatie nodig en zonder wand of vloerverwarming (LTV) is deze doelstelling moeilijk haalbaar. Zowel de hybride als de elektrische warmtepomp is geschikt om deze doelstelling te halen, aangezien het rendement van de warmtepomp toeneemt bij betere isolatie en LTV vloerverwarming. Daarnaast zorgt de goede isolatie voor een lagere en meer constante warmtevraag, waardoor een minder grote capaciteit elektrische warmtepomp nodig is als deze standalone staat. Zowel ventilatielucht of buitenlucht hybride warmtepompen of standalone buitenlucht of bodem warmtepompen zijn goede opties.

• Nul-op-de-meter (NOM)

Deze woningen bezitten zeer goede isolatie, waarmee de warmtevraag van de woning laag uitvalt. Daarnaast maken deze woningen veelal gebruik van LTV-systemen (wand of vloerverwarming). Hierdoor biedt NOM-renovatie de ideale omstandigheden voor de elektrische warmtepomp. In theorie is NOM-renovatie ook haalbaar met een hybride warmtepomp en zelfs met een HR-ketel, maar daar wordt tot op heden weinig voor gekozen. Uit het bovenstaande valt te concluderen dat hoe hoger de renovatieambitie is gesteld hoe logischer de keuze voor de warmtepomp wordt. Ook is het opvallend dat de aantrekkelijkheid van de standalone elektrische warmtepomp toeneemt met een hogere renovatieambitie.

Toekomst type warmtepompen ?

Het aantal en het type warmtepompen dat tot en met 2020 geïnstalleerd gaan worden hangt af van drie zaken:

1. Keuze van warmtepomptypen binnen renovatiedoelen: Eerder is al besproken dat binnen renovatieconcepten de nadruk voor alsnog op elektrische warmtepompen ligt. Bij de traditionele renovatieketen ligt de nadruk juist op de hybride warmtepomp.
2. Technisch potentieel warmtepomp van beide ketens: Renovatieconcepten zijn niet toepasbaar bij alle typen woningen, terwijl de traditionele renovatieketen met vrijwel alle typen woningen overweg kan. Een woningtypenanalyse kan hier meer inzicht geven. Ook is de eigenaarverdeling van belang, aangezien renovatieconcepten geen realistische optie zijn (vanwege gedeelde beslisbevoegdheid) voor meergezinswoningen in particulier eigendom. Tenslotte is een warmtepomp in veel, maar niet in alle typen woningen toepasbaar. Hierdoor betreft het technisch potentieel van de warmtepomp een gedeelte van het totaal te renoveren woningen.
3. Succes van beide renovatieketens en bijbehorende renovatiedoelen: Ook de mate waarin beide renovatieketens in staat zullen zijn om het technisch potentieel voor warmtepompen te benutten is bepalend voor het aantal warmtepompen dat uiteindelijk geïnstalleerd wordt.