Warmtepompen in de woningbouw: prestaties, bèta-factoren en netwerkbelasting

De transitie naar duurzame energie in de woningbouw zet door, waarbij de warmtepomp een steeds belangrijkere rol speelt. Tegen de achtergrond van groeiende vraag naar energiezuinige oplossingen, groeit ook het aantal kwesties rondom de prestaties, technische specificaties en impact op het elektriciteitsnet. In dit artikel worden de voornaamste aspecten van warmtepompen besproken, inclusief de bèta-factor, het SCOP-cijfer, en de rol van isolatie en elektriciteitsgebruik in het kader van de overgang naar een gasvrij wonen. Op basis van onderzoeken en praktijkervaringen uit 315 woningen en technische discussies op forums zoals Tweakers, worden de voordelen en uitdagingen van warmtepompen onder de loep genomen.

Wat is een warmtepomp en hoe werkt deze?

Een warmtepomp is een technische installatie die elektriciteit gebruikt om warmte uit de omgeving – zoals de buitenlucht, grond of oppervlaktewater – naar binnen te brengen. In tegenstelling tot een CV-ketel die direct verbrandt om warmte te genereren, gebruikt een warmtepomp een proces waarbij warmte wordt ‘gepompt’ van een lage naar een hogere temperatuur. De werking is vergelijkbaar met die van een koelkast, maar dan in omgekeerde richting.

De efficiëntie van een warmtepomp wordt uitgedrukt in de Coefficient of Performance (COP) en de Seasonal Coefficient of Performance (SCOP). De COP geeft aan hoeveel warmte er per kWh elektriciteit wordt geleverd, terwijl de SCOP een jaargemiddelde is van de COP over een hele verwarmingsperiode. Zo kan bijvoorbeeld een warmtepomp met een COP van 4, 4 kWh warmte leveren voor elke kWh elektriciteit die wordt verbruikt.

Deze efficiëntie maakt warmtepompen aantrekkelijk, zeker gezien de hoge CO₂-uitstoot van aardgas. Volgens berekeningen uit bron 2 is de effectieve CO₂-uitstoot van warmtepompverwarming lager dan die van aardgasverwarming, zelfs wanneer het elektriciteitsverbruik gedeeltelijk afkomstig is van aardgascentrales. Dit is onder meer te danken aan de verhouding van ingezette elektriciteit en geleverde warmte.

Hybride warmtepompen: een transitietechnologie

Een hybride warmtepomp combineert de techniek van een traditionele gasketel met die van een warmtepomp. In praktijk blijkt dit een succesvolle combinatie te zijn. Een rapport van het adviesbureau BDH, gebaseerd op het monitoren van 315 woningen, toont aan dat een hybride warmtepomp gemiddeld 68% van de warmtevraag in een woning voor haar rekening neemt en een SCOP van 4.3 behaalt. De data is verzameld tussen medio 2020 en medio 2021, inclusief de koude maanden van februari 2021, waarin het onderzoek extra testte onder extreme koude omstandigheden.

Deze resultaten duiden op een goede prestatie van de hybride warmtepomp, vooral gezien het feit dat deze techniek bedoeld is als een overgangsoplossing naar volledig elektrische verwarming. De voornaamste conclusie van het onderzoek is dat de hybride warmtepomp een uitstekende transitietechnologie is voor de Nederlandse woningbouw, zoals gesteld door Maarten Hommelberg van BDH.

Bèta-factor: een maat voor de maximale warmtelevering

Een belangrijk kenmerk van warmtepompen is de bèta-factor. Deze factor geeft aan hoeveel van de maximaal benodigde warmte een warmtepomp op koude dagen kan leveren. Een bèta-factor van 0,8 betekent dat de warmtepomp op koude dagen slechts 80% van de benodigde warmte kan leveren, waardoor aanvullende verwarming nodig is. Deze extra verwarming komt dan direct uit het elektriciteitsnet en heeft geen COP van meer dan 1. Dit heeft gevolgen voor het totale energieverbruik en de belasting op het elektriciteitsnet.

Volgens bron 1 kan het gebruik van warmtepompen met bèta-factor 0,8 op de koudste winterdagen leiden tot een toename van de directe elektriciteitsafname. Deze directe afname heeft geen SCOP-voordeel en dus geen warmteversterking, wat het energieverbruik verhoogt. In combinatie met de groeiende aantallen warmtepompen kan dit een belasting vormen op het elektriciteitsnet, vooral in momenten van hoge vraag en lage aanbod. Dit is een van de kritieke punten die bij de keuze voor een warmtepomp moeten worden meegenomen.

SCOP en COP: maatstaven voor efficiëntie

De SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) en COP (Coefficient of Performance) zijn technische parameters die de efficiëntie van warmtepompen aangeven. De COP geeft aan hoeveel warmte er per kWh elektriciteit wordt geleverd, en de SCOP is een jaargemiddelde van deze COP over een verwarmingsseizoen.

Een warmtepomp met een SCOP van 4 betekent dat er gemiddeld 4 kWh aan warmte per kWh elektriciteit is geleverd gedurende het seizoen. Dit is een aanzienlijke efficiëntie, maar het is belangrijk om te begrijpen dat deze efficiëntie varieert met de buitentemperatuur. Bij lage temperaturen daalt de COP, wat betekent dat er meer elektriciteit nodig is om dezelfde hoeveelheid warmte te leveren. Dit effect wordt duidelijk in de discussies op de Tweakers-community, waar gebruikers ervaringen delen over de prestaties van hun warmtepomp op koude winterdagen.

CO₂-uitstoot en de rol van isolatie

Een van de belangrijkste voordelen van warmtepompen is de lagere CO₂-uitstoot in vergelijking met aardgasverwarming. Volgens bron 2 is de effectieve CO₂-uitstoot van warmtepompen gemiddeld 65 tot 160 gram per kWh warmte, terwijl aardgasverwarming ongeveer 180 gram CO₂ per kWh produceert. Deze reductie is vooral te danken aan de verhouding tussen ingezette elektriciteit en geleverde warmte.

De CO₂-uitstoot hangt ook af van de bron van de elektriciteit. In de huidige situatie is een deel van de elektriciteit nog afkomstig van aardgascentrales, maar de verwachting is dat de verhouding met hernieuwbare energie zal stijgen. In combinatie met een warmtepomp kan dit leiden tot een verdere reductie van CO₂-uitstoot tot bijna nul. Dit maakt warmtepompen een aantrekkelijke optie in de overgang naar een duurzamere woningbouw.

Isolatie speelt een cruciale rol in de efficiëntie van een warmtepomp. Een goed geïsoleerde woning verliest minder warmte, wat het energieverbruik van de warmtepomp verlaagt. Bovendien kan een goed geïsoleerde woning flexibel worden gebruikt als energieopslag, waarbij de warmtepomp extra warmte kan genereren wanneer er overschot aan hernieuwbare energie beschikbaar is, bijvoorbeeld in periodes van veel windstroom. In momenten van minder wind of zon kan de woning dan langzaam afkoelen, waardoor de energie die eerder opgeslagen is, effectief wordt gebruikt.

Netwerkbelasting en de rol van zonnepanelen

De opkomst van warmtepompen heeft gevolgen voor het elektriciteitsnet. In tegenstelling tot gas, dat lokaal opgeslagen kan worden en via een complex netwerk wordt getransporteerd, is elektriciteit een energiebron die in real-time beschikbaar moet zijn. Dit betekent dat een toename van elektriciteitsverbruik – zoals veroorzaakt door warmtepompen – directe effecten heeft op het net.

Een warmtepomp met bèta-factor 0,8 kan op koude dagen niet voldoen aan de warmtevraag van een woning, wat leidt tot directe elektriciteitsafname. Deze afname heeft geen SCOP-voordeel en verhoogt dus het totale elektriciteitsverbruik. In combinatie met honderdduizenden warmtepompen kan dit leiden tot een toegenomen druk op het elektriciteitsnet, vooral op koude dagen.

Zonnepanelen kunnen helpen om de elektriciteitsvraag van warmtepompen te verminderen. Echter, zoals opgemerkt in bron 1, is de effectiviteit van zonnepanelen beperkt wanneer het donker is of er sneeuw op ligt. Dit betekent dat zonnepanelen geen complete oplossing zijn voor de energievraag van warmtepompen, maar wel een bijdrage kunnen leveren aan het verminderen van het verbruik van het elektriciteitsnet.

Kritiek op de rol van hoogleraar Smeulders

In de discussie over warmtepompen en hun CO₂-uitstoot is hoogleraar David Smeulders, energiesystemen aan de TU Eindhoven, een prominente figuur geworden. Zijn uitspraken dat elektrisch verwarmen meer CO₂-uitstoot veroorzaakt dan aardgasverwarming, zijn breed verspreid in de media, maar tegengesteld aan de technische analyse van warmtepompen.

Volgens bron 2 is de redenatie van Smeulders niet correct, omdat hij de efficiëntie van warmtepompen niet meeneemt in zijn berekening. Een warmtepomp levert meerdere kWh aan warmte per kWh elektriciteit, wat de effectieve CO₂-uitstoot verlaagt. Dit maakt elektrisch verwarmen met een warmtepomp qua CO₂-uitstoot gunstiger dan aardgasverwarming.

De discussie over Smeulders’ uitspraken benadrukt het belang van een technische en feitelijke benadering van energieonderwerpen. Zijn huidige optredens en uitspraken lijken niet in lijn met de voorgaande overeenstemming over de rol van isolatie en warmtepompen. Dit heeft geleid tot kritiek op zijn analyses en benadrukt de noodzaak van peer-review en betrouwbare data in energiebesproken kwesties.

Conclusie

De warmtepomp is een steeds belangrijkere technologie in de overgang naar duurzame verwarming. Zowel hybride als volledige warmtepompen tonen een goede prestatie in termen van SCOP, efficiëntie en CO₂-reductie. De keuze voor een warmtepomp met een bepaalde bèta-factor moet echter zorgvuldig worden gemaakt, omdat lage bèta-factoren op koude dagen leiden tot extra elektriciteitsverbruik en een grotere belasting op het net.

Isolatie speelt een cruciale rol in het optimaliseren van het prestatievermogen van warmtepompen, en de toekomstige toename van hernieuwbare elektriciteit kan de CO₂-uitstoot verder verlagen. Zonnepanelen kunnen een bijdrage leveren aan het verminderen van het elektriciteitsverbruik, maar zijn geen volledige oplossing voor de vraag naar elektriciteit die warmtepompen genereren.

De discussies op platforms zoals Tweakers en de resultaten van onderzoeken zoals die van BDH benadrukken de complexiteit en de technische aspecten van warmtepompen. Het is belangrijk dat zowel verbruikers als professionals deze technologie goed begrijpen om verstandige keuzes te maken in de overgang naar een gasvrije woningbouw.

Bronnen

1. Eigenhuis.nl – Warmtepomp met bèta-factor 0,8
2. Wattisduurzaam.nl – Hoe werkt een warmtepomp?
3. Installatie.nl – Hybride warmtepomp scoort SCOP van 4.3