‘Energieleverancier Vattenfall en installatiebedrijf Feenstra brengen in de loop van 2022 een warmtepomp op de markt die cv-ketels één-op-één kan vervangen. De hogetemperatuur-warmtepomp met CO2 als koudemiddel heeft een driemaal hoger rendement dan een cv-ketel, waardoor hij de woning tegen vergelijkbare kosten zou moeten verwarmen’. Zo begint een artikel in het Technisch Weekblad van 30 november 2021 hierover.
Nederland telt 2,8 miljoen matig geïsoleerde eengezinswoningen. Als daar morgen de cv-ketel stuk gaat is een keuze voor een gangbare lagetemperatuur-warmtepomp een uitdaging. Om met zo’n warmtepomp die huizen te verwarmen is namelijk eerst betere isolatie nodig en moeten radiatoren bijvoorbeeld vervangen worden door vloerverwarming. Dat is een forse verbouwing met een prijskaartje van circa €25.000 per woning.
Een lagetemperatuur-warmtepomp levert water van een lagere temperatuur dan een cv-ketel.
a) Leg voor beide aanpassingen (isolatie en vloerverwarming) uit waarom het huis hierdoor makkelijker warm te houden is.
Als het huis goed geïsoleerd is, is minder heet water nodig om het warm te krijgen.
Bij vloerverwarming hoeft het water minder heet te zijn dan in een radiator.
Als de cv-ketel in slecht geïsoleerde huizen – ruim een derde van de woningvoorraad – het begeeft is het dus verleidelijk om toch maar weer een cv-ketel te laten ophangen, waardoor je vrij zeker weet dat je niet voor 2035 van het aardgas af bent, zoals afgesproken in het klimaatakkoord van Parijs.
De buitenunit van de nieuwe hogetemperatuur lucht-water CO2-warmtepomp levert hogetemperatuur-warmte, die via een gaskoeler in plaats van een condensor (van een gewone warmtepomp) wordt overgedragen aan de buffer binnenshuis.
Hieronder staat een schematische tekening van de lucht-water-CO2-warmtepomp zoals de hogetemperatuur-warmtepomp ook wel genoemd wordt.
b) Waar bevindt zich het water en waar de lucht?
Het water zit bij 1 in het huis. Hier wordt het water verwarmd door het hete gas.
De lucht zit bij 3 buiten het huis. Hier wordt het afgekoelde gas opgewarmd door de buitenlucht.
c) Waar wordt de warmte ‘gewonnen’?
Dat gebeurt dus bij 3. Zie bij de vorige vraag.
d) Wat gebeurt er met de temperatuur van het gas als het wordt samengeperst?
Dan wordt de temperatuur hoger.
e) Hoe kun je ervoor zorgen dat de temperatuur die de warmtepomp levert hoger wordt?
Dat zou kunnen door in de compressor de CO2 meer samen te persen (naar een hogere druk).
‘Het kroonjuweel van de installatie is de inzet van een 230 L groot buffervat als stratificatiebuffer: een warmtebatterij, waarin het cv-water in laagjes met verschillende temperatuur is opgeslagen. Bovenin heet, onderin koud.’
f) Leg uit waarom de waterlaagjes niet mengen.
Warm water heeft de neiging naar boven stromen. Maar omdat de temperatuur hoger in het buffervat steeds hoger is kan het niet stromen.
‘‘s Winters kan de buffer gevuld zijn met maximaal 14 kWh energie-inhoud. Dan zit hij bijna helemaal vol op 85°C.'
g) Toon met een berekening aan dat deze getallen met elkaar overeenkomen.
14 kWh komt overeen met 14 . 3,6 . 106 = 50,4 · 106 J.
Er geldt dan:
$Q=cm\Delta T\rightarrow 50,4\cdot 10^6 = 4,2\cdot 10^3 \cdot 230\cdot \Delta T \rightarrow \Delta T = 52,5~\degree\mathrm{C}$
Kennelijk is uitgegaan van een begintemperatuur van 85 – 52,2 = 33 oC.
‘s Zomers hoeft alleen de bovenste 100 L op 65°C graden bewaard te worden om warm tapwater te kunnen leveren.
‘Al die ‘temperatuurverdiepinkjes’ worden verbonden door een instroombuis die wordt gebruikt om het water uit het afgiftesysteem op de juiste ‘verdieping’ te laten instromen. Daardoor kan het retourwater altijd terugstromen in de buffer op de plaats waar de temperatuur gelijk is aan die van het retourwater, of het nu 10°C of 65°C is.
h) Leg uit waardoor hierbij weinig energie verloren gaat.
Het water dat uit het systeem retour komt, wordt niet afgekoeld of opgewarmd, maar bewaard bij de temperatuur dat het heeft.
Een voordeel van de hogetemperatuur lucht-water CO2-warmtepomp ten opzichte van een nominale warmtepomp is het gebruik van het buffervat als warmtebatterij. ‘Mensen zijn soms bezorgd dat alle kabels zullen smelten als iedereen een warmtepomp neemt. Maar dankzij de bufferfunctie trekt onze warmtepomp maximaal 3 kW, terwijl hij 12 kW aan piekwarmte kan leveren,’ aldus de mensen van Vattenfall: 'Die 3kW kan het net in de regel wel leveren.'
i) Bereken de stroomsterkte die de warmtepomp dan vraagt.
Er geldt P = U∙I. Invullen levert 3 ∙ 103 = 230 I. Dit geeft I = 13 A.
j) Bereken hoelang de installatie de piekwarmte kan leveren.
Er geldt E = P t. Invullen levert 14 =12 t. Dit levert t = 1,2 h.
‘Ons systeem stelt huishoudens en corporaties in staat direct te vergroenen, waarna ze alsnog stap voor stap de isolatie van hun woning kunnen verbeteren. Zo flexibiliseren we de volgordelijkheid van de verduurzaming.’
