Deze bijdrage is verplaatst uit een andere draad over geothermische vorstbeveiliging omdat het hier beter past.

Er is wel gesuggereerd dat warmtepompen ongeveer uitontwikeld zijn, en dat verdere verbeteringen van het energetisch rendement niet te verwachten zijn. Over de COP waarde en de kans dat technologische verbeteringen in de toekomst tot verdere verhoging zullen leiden valt nog wel wat te zeggen:

Op dit moment worden voor warmtepompen COP waarden gerealiseerd van 3,5 tot 5,5. Op zichzelf is het redelijk aan te nemen dat hiermee de grens ongeveer bereikt is. Maar het gaat niet om de COP waarde van de pomp; het gaat om de benutting van primaire energie in de gehele installatie.

Als we een electrisch aangedreven warmtepomp als uitgangspunt nemen, dan lijkt het me reeel te verwachten dat die vroeg of laat zullen worden uitgerust met een klein diesel-aggregaatje. Daarvan zou alle primaire energie benut kunnen worden (de warmte van het koelwater van de motor, en die van de uitlaatgassen). Je zou dan vrij eenvoudig kunnen uitkomen op een energetisch rendement van de generator van rond de 90%. Het maakt daarbij trouwens in principe niet veel uit of het aggregaat de warmtepomp electrisch of mechanisch aandrijft. Dat is driemaal zo hoog als het huidige rendement van een conventionele energiecentrale (ik weet wel dat veel electriciteit in LDF uit kernenergie gewonnen wordt en dat het rendement daarvan wat hoger ligt, maar ik ken die getallen niet precies). Het rendement van de hele installatie in vergelijking met conventionele netstroom zou dan een overall COP opleveren in de orde van 10 tot 15.

Zulke geintegreerde installaties zijn op dit moment niet te koop, maar er hoeft geen enkele uitvinding gedaan te worden om ze te bouwen. We hebben het hier over conventionele techniek in een nieuwe combinatie.

Het is dus naar mijn gevoel alleszins redelijk te veronderstellen dat er scope is voor verdere verbetering van het overall energetisch rendement van warmtepompinstallaties in de toekomst. 

Charles

Beste Ted, beste Charles,

Ik had dit weekend de gelegenheid mijn licht op te steken bij twee ingenieurs die in de (industriële) warmtepompentechniek bezig zijn.

Ten eerste: de COP (coëfficient of performance).
De oorspronkelijke in de wetenschap gebruikte definitie is de uit het t/s-diagram bepaalde verhouding tussen de op het hogere temperatuurniveau afgegeven warmte en de voor de compressie (het oppompen) benodigde energie (ook als warmte uitgedrukt). Dit kan voor iedere installatie, zonder de uitvoeringsdetails ervan te kennen, uit het warmtediagram bepaald worden, zie bijv.
http://nl.wikipedia.org/wiki/Warmtepomp
Hierbij wordt geen rekening ermee gehouden hoe de warmte op het lage temperatuurniveau naar de warmtepomp komt, hoe de warmtepomp aangedreven wordt, en hoe de warmte op het hoge temperatuurniveau van de warmtepomp afgevoerd wordt. De COP volgens deze definitie is zuiver van het overbrugde temperatuurverschil en het gebruikte medium afhankelijk.
Rechtvaardiging voor het gebruik van deze definitie:
- Bij conventionele verwarming rekent men ook uitsluitend met het ketelrendement en niet ook met het energieverbruik van pompen etc.
- Energieverliezen van pompen, fans etc. worden toch in warmte omgezet en als die in huis blijft is het geen verlies.
- En natuurlijk: deze definitie van de COP levert qua getal de hoogste waarde op.

Maar in de praktijk is gebleken dat verwarmingen met warmtepompen een veel hoger secondair energieverbruik hebben dan conventionele verwarmingen; zij gebruiken immers meer en zwaardere pompen, en airothermie-installaties hebben ook een fan met een behoorlijk vermogen nodig. Verder is het vanwege de installatie van de paddestoel buiten en van pompen etc. in nevenvertrekken niet gerechtvaardigd alle in warmte omgezette verliezen van de installatie als nuttige energie aan te merken. Daarom wordt, vooral in de procesindustrie maar ook door diverse leveranciers van huis-warmtepompen, met een rendement gerekend dat gedefinieerd is als de verhouding tussen de op het hogere niveau door de convectoren, verwarmingsvloeren etc. afgegeven warmte en alle in het systeem gestopte energie (als warmte uitgedrukt). Helaas bestaat hiervoor nog geen algemeen erkende definitie en ook geen terminus technicus. Als men hiervoor gemakshalve ook de uitdrukking COP gebruikt , dan is dat verwarrend en zeker niet correct.
Maar deze quotiënt output/input is in de praktijk het betere beoordelingscriterium omdat:
- alle verliezen hierin verwerkt zijn
- de verliezen niet automatisch als nuttige warmte aangezien worden.

Zo komt het, dat verschillende fabrikanten voor hetzelfde temperatuurtraject verschillende COP’s aangeven (ik zou bina zeggen: zogenaamde COP's). De fout is dat zij niet zeggen welke definitie van COP zij hanteren. Het is typisch voor een relatief jonge branche dat men nog geen algemeen gehanteerde standaards en terminologie heeft.

Verder het door Charles ter berde gebrachte probleem van de energie-input van de warmtepomp. Natuurlijk valt ook hier verder te besparen. Aandrijving door een motor waarvan ook het koelwater als warmtebron gebruikt wordt is net zo goed mogelijk als door een elektromotor die zijn energie uit zonnecollectoren of een wind- of watermolen betrekt. In dat laatste geval zou de COP oneindig groot zijn, want er wordt geen energie in gestopt die men moet kopen! Dit extreme voorbeeld laat zien dat alles met de goede definitie van de rendementsgetallen te maken heeft! Als men deze definitie algemeen toe zou passen dan heeft een houtkachel ook een COP van oneindig, als men het hout uit eigen bos stookt!

Dit als bijdrage in de discussie waarom de COP’s van diverse fabrikanten bij hetzelfde temperatuurtraject zo uiteenlopen. Vraag naar de door hen gehanteerde definities van de rendementsfactor.

Dan het in een vroegere draad genoemde kostenprobleem bij aardwerkzaamheden, de reden waarom zo vaak van geothermie afgezien wordt en de energetisch mindere airothermie toegepast wordt:

Als men de diverse graafwerkzaamheden bij het bouwen van een huis handig combineert dan valt veel van de gevreesde graafkosten te besparen. Hoe zou het zijn als de graafwerkzaamheden voor funderingen, een champ d'épandage en de geothermie-leidingen gecombineerd worden, door dezelfde graafmachine in een moeite door gegraven worden? Of als men de bouw van een metro met het aanleggen van een groot geothermie-net combineerde?

Christian von Klösterlein

COP is de afkorting van Coëficient Of Performance. Dit wordt bij een warmtepomp gebruikt om het rendement aan te geven van de hoeveelheid elektrische energie die je er in stopt en die je er aan warmte uit krijgt. dus bij een COP van 3 heb je 1 kW elektra nodig om 3 kW aan warmte te genereren. Zo heb je het ook de EER, Energy Efficiency Ratio, welke gebruikt wordt om het rendement van een warmtepomp aan te geven voor de koeling.

Een warmtepomp is meestal een apparaat dat werkt met het samenpersen van een gas, dit laten condenseren (vloeibaar maken) onder hoge druk en het weer bij een lage druk laten verdampen. Vergelijk het maar met een ketel water dat je op het gas hebt staan. Het water verdampt door de warmte van het verbrande gas (kost warmte). Deze damp vang je op en laat je weer afkoelen (komt warmte vrij) tot het weer water is en dat laat je weer terug lopen in de ketel. Omdat dit een vrij onrendabel proces is gebruiken ze  een gas dat in de volksmond FREON heet. Dit wordt door een compressor samen geperst tot een hoge druk. Het gas is nu warm en wordt afgekoeld in een condensor, deze kan lucht- of watergekoeld zijn. De lucht of het water dat er uit komt is dan opgewarmd. Het warme gas koelt af en gaat over in een vloeistof onder hoge druk. Vanuit de condensor gaat de vloeistof naar de verdamper. In de verdamper wordt de vloeistof weer verdampt tot een gas. Aangezien het verdampen en condenseren op verschillende drukken gebeurt zit er tussen de condensor en de verdamper een kraantje dat dit drukverschil in stand houdt. Het verdampen van de vloeistof kost energie dus als je langs het verdampende gas of water of lucht laat stromen zal dit afkoelen. Vanuit de verdamper gaat het gas weer terug naar de compressor. en de cyclus is weer rond. 

Dit principe gebeurt ook in de koelkast.

Hoe groter de temperatuursverschillen zijn tussen het koelwater  of de koellucht en de temperatuur van het te condenseren gas hoe makkelijker het gaat. Hetzelfde geldt voor de andere kant (de verdamping) van het proces. 

Bij geothermie wordt de verdampingswarmte uit het grondwater gehaald en bij aerothermie wordt dit gedaan met buitenlucht. Dus de warmte die er uit gaat komen wordt onttrokken aan bijv de buitenlucht. Als het erg koud is zal de buitenlucht niet veel warmte bevatten en zal het rendement slecht zijn. Grondwater heeft een over het algemeen een redelijk constante temperatuur van circa 5 tot 10 graden celcius.

Bij -15 zal het  rendement van een luchtwarmtepomp niet zo groot zijn omdat de verdamping van het gas moeizaam gaat en men gauw heeft dat de condensor bevriest. Dit moet eerst weer notdooit worden en doet men door het systeem weer even om te draaien.

Ad le servonais