Voorkom rendementsverliezen van warmtepompen

Nederland heeft de ambitie en plannen om vanaf 2050 volledig duurzaam invulling te geven aan de energiebehoeften van alle mensen en bedrijven. Een ingrijpende transitie, die nog groter is dan het aanleggen van de gasinfrastructuur in de jaren zestig. Hoe deze duurzame energievoorziening precies wordt gerealiseerd, is nog afhankelijk van technische innovaties en kostenontwikkelingen.

De komende decennia gaan warmtepompen alvast een deel van die duurzame ambitie invullen, vanwege de bewezen technologie en het mogelijk aantrekkelijke rendement. Mogelijk, omdat een verkeerd advies, slechte installatie en lucht en vuil net als bij cv- en koelinstallaties rendementsverliezen kunnen veroorzaken. Bij sommige projecten zijn de beoogde resultaten daardoor tegengevallen. Dit artikel geeft eerst inzicht in de werking en marktontwikkeling van warmtepompen. Daarna worden zowel de invloeden van lucht en vuil op het mogelijke rendement belicht, als een oplossing om deze te voorkomen. Ten slotte nog een aantal adviezen vanuit de installatiepraktijk.

Warmtepomp is een verzamelnaam voor elk apparaat dat warmte verplaatst of oppompt, waardoor diverse huishoudelijke apparaten ook onder die noemer vallen (koelkast, airconditioning, etc.). Technisch gezien werkt elke warmtepomp volgens dezelfde thermodynamische cyclus van het opnemen en afgeven van warmte. Voor dit warmtetransport is een kleine hoeveelheid elektriciteit nodig om de compressor van de warmtepomp aan te sturen, die ervoor zorgt dat warmte wordt opgenomen van een warmtebron en wordt afgegeven aan de warmtegebruiker. Denk bijvoorbeeld aan het water van de cv-installatie die een woning moet verwarmen. De bronwarmte kan afkomstig zijn van de buitenlucht, van een bron in de bodem of van oppervlaktewater. We spreken dan van een lucht/water- of een water/water-warmtepomp.

Warmtepompen worden al decennia toegepast in woningen, utiliteitsgebouwen en de industrie. Tegenwoordig bedoelen veel mensen met warmtepompen een duurzame oplossing voor het verwarmen (of koelen) van gebouwen en woningen. De markt daarvoor is volgens het CBS in 2018 met zo’n 27% gegroeid naar bijna 110.000. Daarin zijn de ‘hybride’ ventilatiewarmtepompen, die een hr-ketel ondersteunen, nog niet meegerekend. In heel Europa zijn er volgens het EHPA in totaal 12,3 miljoen verkocht in 2018. Vanwege het grote aantal verschillende type warmtepompen is het belangrijk deskundig advies in te winnen bij de aanschaf en installatie ervan. Verder is het belangrijk om te waarborgen dat het rendement tijdens de jarenlange levensduur niet afneemt.

Bijna de helft (44%) van ons Nederlands energiegebruik is nodig voor het genereren van warmte. Daarom is het verstandig om kritisch te kijken naar derendementsverschillen van verwarmingsoplossingen, zowel bij de aanschaf als tijdens het gebruik. Systemen die rechtstreeks door gas of elektriciteit worden verwarmd, zoals een kachel en de meeste cv-installaties, geven in een ideale situatie dezelfde warmte weer af. Hun rendement is daardoor maximaal 100%. Bij warmtepompen zijn rendementen van 400 tot zelfs 500% haalbaar. Dit hoge rendement is mogelijk doordat heel veel warmte ‘gratis’ uit de omgeving wordt gehaald en je dus 4 tot 5 keer zoveel warmte in je woning krijgt dan de elektrische energie die de compressor van de warmtepomp gebruikt. Omdat warmtepompen met kleinere temperatuurverschillen werken dan gasgestookte cv-ketels, is er zowel een groter afgifte-oppervlak als waterdebiet nodig. Bijvoorbeeld via vloerverwarming, in plaats van gewone radiatoren. Tegenvallende rendementen van warmtepompen zijn meestal het resultaat van een verkeerd advies of ontbrekende kennis en ervaring met de toepassing ervan. Vergelijkbaar met de traditionele cv- en koelinstallaties kunnen ook lucht en vuil in het systeem na verloop van tijd het rendement flink verlagen. Gelukkig zijn er bewezen effectieve oplossingen om dat soort verliezen te voorkomen.

Lucht en vuil zijn twee onopvallende maar in de praktijk wel vaak voorkomende veroorzakers van rendementsverliezen in verwarmings- en koelinstallaties. Hun invloed is groter bij installaties die op basis van een lagere temperatuur werken om energie te besparen, zoals warmtepompen. Verder zijn vloerverwarmingssystemen gevoeliger voor lucht- en vuilophoping dan radiatoren. Zonder zich daarvan bewust te zijn, compenseren mensen en bedrijven die rendementsverliezen met een hogere energierekening. De negatieve invloed van lucht- en vuilophoping op het rendement van installaties is uitvoerig getest en visueel vastgelegd met infraroodcamera’s, door onder andere Kiwa Gastec. Vervolgens is ook de invloed getest van mogelijke oplossingen voor het voorkomen van rendementsverliezen door lucht en water.

Lucht kan in de vorm van microbellen, opgelost in het water en in een vrije vorm aanwezig zijn in installaties. Dit vermindert zowel de doorstroming als warmteafgifte. Uit onderzoek aan de Brunel Universiteit blijkt dat luchtbellen bij de uitgang van warmtepompen zeer klein zijn (circa 0.1 mm) en alleen met een goede microbellenafscheider zijn af te vangen. Ophoping van vuil wordt veroorzaakt door corrosie van leidingen en installatiecomponenten, bacteriegroei of kalkaanslag.Lucht en vuil hebben beiden een reducerende invloed op de efficiëncy en levensduur van warmtepompen en -wisselaars, waardoor ze de ‘Total Cost of Ownership’ verhogen. Gelukkig zijn beide invloeden eenvoudig uit een installatie te verwijderen met een automatische ontluchter en vuilafscheider, of een combinatie daarvan. Sommige vervuiling is tegen te gaan met additieven. Dit zijn toevoegingen die de systeemwaterkwaliteit en daarmee het installatierendement op peil houden. Behalve het voorkomen van verliezen, verlagen deze oplossingen ook het risico op storingen.

De negatieve invloed van lucht en vuil op het rendement van installaties is zo groot dat Alklima automatische lucht- en vuilafscheiders standaard voorschrijft bij de verkoop van warmtepompen. “Wij zien bij onze servicecontacten een direct verband tussen alle meldingen en de aanwezigheid van lucht en vuil in het systeemwater”, vertelt Rudy Grevers, manager woningbouw bij het bedrijf. “In lagere temperatuur installaties komt lucht in de vorm van microbellen meer voor en hopen vuildeeltjes zich sneller op dan in hoge temperatuur installaties, waardoor de energetische prestatie afneemt. Als klanten contact opnemen over een code 9 melding wordt die vaak door lucht of vuil veroorzaakt, terwijl dat eenvoudig met een automatische lucht- en vuilafscheider te voorkomen is.”

Een andere warmtepompspecialist, Menno van der Hoff van Triple Aqua Consulting, adviseert ook automatische lucht- en vuilafscheiders toe te voegenaan warmtepompen met systeemwater of een koudemiddel. “De iets hogere aanschafprijs door zo’n extra installatiecomponent wordt snel en vele malenterugverdiend door de betere energetische prestatie tijdens de totale levensduur. Behalve het automatisch verwijderen van in systeemwater aanwezige lucht- enmetaaldeeltjes door corrosie, verkleint het ook de kans op storingen. Ten slotte helpen ook speciale toevoegingen die de systeemwaterkwaliteit op peil houden vuilophoping te voorkomen en het rendement van warmtepompen te optimaliseren.”