Your SlideShare is downloading. ×
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Wp Hn Scriptie Nl 2011 04 20

813

Published on

HBO scriptie over de lucht/water warmtepomp.

HBO scriptie over de lucht/water warmtepomp.

Published in: Technology, Education
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
813
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
23
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. Lucht/waterwarmtepompenvoor Almere Hout Noorddoor Edwin van Noortin opdracht van Ymere, in samenwerking met de Hogeschool Utrecht, januari 2011
  • 2. Ymere Onderzoek naar lucht/waterwarmtepompen voor de woonwijk Almere hout Noord 3 januari 2011, Amsterdam J.H.E. (Edwin) van Noort i
  • 3. Auteursrechten:Het bestuur van de Stichting Hogeschool Utrecht te Utrecht aanvaardt geenenkele aansprakelijkheid voor schade voortvloeiende uit het gebruik van eniggegeven, hulpmiddel, werkwijze of procedure in dit verslag beschreven.Vermenigvuldiging zonder toestemming van de auteur(s) en de school is niettoegestaan. Indien het afstudeerwerk in een bedrijf is verricht, is voorvermenigvuldiging of overname van tekst uit dit verslag eveneens toestemmingvan het bedrijf vereist. ii
  • 4. VoorwoordDuurzaamheid is een actueel thema. Inmiddels is het wel een containerbegrip gewordenwaar van alles onder valt te scharen. Het is dus zaak om duurzaamheid betekenis tegeven. Het Engelse begrip “sustainability” dekt het best de lading want wat ons betreftgaat duurzaamheid over kwaliteit. We willen duurzaamheid niet verengen tot eenmilieudiscussie die zich focust op energie en CO2. Het motto van Ymere is: wonen,leven, groeien. Wij kiezen in onze visie dus nadrukkelijk voor de sociale componentWe doen in woningen, maar zijn er voor mensen. De kern van sociale duurzaamheid isdat mensen zelf samen de wijk maken. Samen iets bereiken levert hechte relaties op,betrokkenheid en energie. Tijdens het onderzoek dat Edwin van Noord voor Ymere heeftuitgevoerd is deze energie al voelbaar geweest. Ymere en de Hogeschool Utrechttrokken in dit onderzoek samen op met invloedrijke marktpartijen en kennisinstituten.Samen worden de juiste vragen gesteld en de juiste inzichten gecreëerd. Door samen tewerken, kennis te ontwikkelen en kennis te delen ontstaat vooruitgang.Vanzelfsprekend zijn sociaal duurzame wijken ook duurzaam in de klassieke betekenisvan het woord. Van een maatschappelijk ondernemer mag worden verwacht dat hij of zijmeer dan gemiddeld op de lange termijn is gericht. Dat geldt zeker voor Ymere, omdatwij ons voor lange tijd committeren aan onze huurwoningen en wijken. Het is van grootbelang dat de woningen en wijken die we nu realiseren ook na jaren nog aansluiten bij dewensen en de woonlasten van onze doelgroep. Dat vraagt nadrukkelijk aandacht vooronderwerpen als energie, materiaalgebruik, programmering, gebiedsexploitatie,beheersbaarheid, gebruiksgemak en stedenbouwkundig ontwerp.Kennis is macht.Kennis delen brengt vooruitgang.Deelt u dit rapport met zo veel mensen als u wilt. Stel vooral alle vragen die bij het lezenvan dit rapport bij u opkomen. Ik zal mijn best doen uw vragen te beantwoorden of u uit tenodigen om samen een antwoordt te vinden.Met vriendelijke groet,Ymereing Y (Yuri) PelserEnergie- en installatietechnisch adviseurPostbus 2961, 1000 CZ AmsterdamT: 088 000 89 00E: y.pelser@ymere.nlI: www.ymere.nl Please consider the environment before printing this document. iii
  • 5. DankwoordDe oorspronkelijke scriptie is in het Engels geschreven. Op aanvraag is een digitaalEngels exemplaar beschikbaar.The digital English version of the original document is available on request.I would like to offer thanks to the following for their contribution during the course of theproject. Roelant Zoete and Rob Plas of Hogeschool Utrecht for supervising the study andoffering advice and guidance. To Ymere, Yuri Pelser for the assignment, advice andguidance during the project. Al the people that are not specifically mention bud were offgreat help ant support (You know, if you’re one of them). To the following companieswhich contributed in providing information and answering my questions: • Centercon (LG) • Daikin • Duwaco • JAGA • Mitsubishi • Nathan (Alpha Innotec) • NIBE - Nederlands Instituut voor Bouwbiologie en Ecologie • Thercon (General) • ISSOIng. J.H.E. (Edwin) van Noort iv
  • 6. SummaryYmere and the city Almere will in the next ten years develop the residential areaAlmere Hout Noord. The ambitious targets of this area is a CO2 neutral andenergy independent neighborhood with an EPC demand of 0,4. Because of thearea’s limitations an investigation into air source heat pumps was needed toestablish if air source heat pump concepts are worth to consider as a residentialheating option.Air source heat pumps have the potential to reduce CO2 emissions associatedwith domestic space and hot water requirements. The energy cost and CO2emissions reduction potential of these systems will only be achieved if they aredesigned properly. Efficient and reliable operation is required, not damagingfragile costumer confidence.Air source heat pumps have a carbon dioxide reduction potential of about 67%compared to natural gas boilers. However, the margins for saving annual energycosts are thin; approximately 10% compared to high efficiency natural gasheaters. Because of these thin margins, a proper optimal dimensioned heatpump system is needed. The highest potential is an inverter controlled air sourceheat pump with an electric auxiliary heater, extended with a solar collector and/orphoto voltaic to further increase the reduction potential. The distribution systemshould consist of a floor heating systems with additional low temperatureconvectors.The heat pumps market is still at the beginning of its potential. Further researchand development of air source heat pumps is needed to reduce the risks involvedwith air source heat pump systems. v
  • 7. SamenvattingYmere en de stad Almere ontwikkelen de komende tien jaar de woonwijk Almerehout Noord. Het doel is een CO2 neutrale en energie onafhankelijke woonwijk tecreëren met op woningniveau een EPC van 0,4. Door de beperkingen van hetgebied is een onderzoek nodig om te bepalen of lucht/water warmtepompen eenreële optie zijn voor het verwarmen van de woningen in de woonwijk.Lucht/water warmtepompen hebben het potentieel om de CO2 emissies diegeassocieerd worden met ruimteverwarming en tapwater verwarming tereduceren. De energiekosten en CO2 emissie besparing zal echter alleenbehaald worden als de lucht/water warmtepompen op de juiste manier wordenontworpen. Een efficiënte en betrouwbare werking is nodig om hetconsumentenvertrouwen niet te beschadigen.Het is mogelijk om de CO2 emissie met circa 67% terug te dringen als wordtvergeleken met traditionele HR gasketels. De marge voor het besparen openergiekosten is echter klein; ongeveer 10 – 20% ten opzichten van HRgasketels. Door deze kleine marge is het belangrijk dat er een degelijk goedontworpen warmtepomp systeem wordt geïnstalleerd. Het hoogste potentieel kanworden behaald door het toepassen van een frequentiegeregelde lucht/waterwarmtepomp met een elektrische heater, aangevuld met een zonnecollector eneventueel PV panelen. Het afgifte systeem moet bestaan uit eenvloerverwarming aangevuld met LT radiatoren.De warmtepompmarkt staat nog aan het begin van zijn ontwikkeling. Verderonderzoek en ontwikkeling is nodig om de risico’s geassocieerd met lucht/waterwarmtepompen te beperken. vi
  • 8. InhoudsopgaveAuteursrechten:....................................................................................................... iiVoorwoord.............................................................................................................. iiiDankwoord............................................................................................................. ivSummary.................................................................................................................vSamenvatting ......................................................................................................... viFiguurlijst.................................................................................................................9Tabellijst..................................................................................................................9Inleiding.................................................................................................................10Inleiding.................................................................................................................10Leeswijzer .............................................................................................................111 Lucht water warmtepomp technologie ............................................................12 1.1 Wat is een lucht water warmtepomp?......................................................12 1.2 Het verschil tussen COP en SPF ............................................................13 1.3 Type bedrijfswijzen voor warmteopwekking.............................................14 1.4 Frequentie geregelde warmtepompen.....................................................14 1.5 Voordelen van een lucht-water warmtepomp ..........................................142 Overige onderdelen van het energieconcept ..................................................17 2.1 Trias energetica als leidraad voor energieverbruik reductie.....................17 2.2 SenterNovem referentie huis...................................................................17 2.2 Zonnecollector ........................................................................................18 2.3 Zonnepanelen .........................................................................................20 2.4 Afgifte systeem .......................................................................................21 2.4.1 Oppervlakverwarming ........................................................................21 2.3.2 Laag temperatuur radiatoren..............................................................23 2.3.3 Combinatie van vloerverwarming met LT radiatoren ..........................23 2.4 Warmte opslag ........................................................................................24 2.4.1 Warm water buffer .............................................................................24 2.4.2 Warm water buffer laad schema.........................................................253 Variabelen voor vergelijken van warmtepompen ............................................27 3.1 Systeem overzicht...................................................................................27 3.1 Buitenlucht temperatuur ..........................................................................27 3.2 Belastingduurkromme .............................................................................28 3.2 Cop curve................................................................................................29 3.3 Energie gebruik tijdens ontdooicyclus .....................................................29 3.4 Afnemende COP door aan en uit schakelen............................................30 3.5 Dimensionering .......................................................................................30 7
  • 9. 3.5 Vergelijking tussen verschillende warmtepompen......................................324 Risico’s ..........................................................................................................34 4.1 Dimensionering van de warmtepomp ......................................................34 4.2 Fluctuerende energierekeningen.............................................................34 4.3 Onderhoud ..............................................................................................35 4.4 Garanderen van de warmtepomp kwaliteit ..............................................35 4.5 Geluid .....................................................................................................36 4.6 Elektrische aansluiting.............................................................................375 Ontwerpvoorwaarden .....................................................................................39 5.1 Ontwikkelaar ...........................................................................................39 5.2 Architectuur.............................................................................................39 5.3 Energie adviseur .....................................................................................40 5.4 Installateurs.............................................................................................41 5.5 Fabrikanten .............................................................................................416 Conclusies en aanbevelingen.........................................................................42Persoonlijke informatie ..........................................................................................43Referenties............................................................................................................44Annex....................................................................................................................45Annex I Mindmap ............................................................................................46Annex II Insulation values Ymere.....................................................................47Annex III ISSO 59 – Paragraph 3.4.2.3 .............................................................49Annex IV Solar collector profit versus cost.........................................................51Annex V Photo Voltaic profit versus cost ..........................................................52Annex VI Senter Novem Reference House Layout ............................................53Annex VII Senter Novem reference appartement layout .....................................54Annex VIII COP curves for average heat pumps 35 °C....................................55Annex IX COP curves for average heat pumps 55 ° .......................................56 CAnnex X KNMI temperature files ......................................................................57Annex XI COP curves heat pumps during heating 35 °C...................................59 8
  • 10. FiguurlijstFigure 1 - Location of Almere Hout Noord (marked yellow) ...................................10Figure 2 - Principle of a heat pump........................................................................12Figure 3 - Pressure enthalpy diagram with compression cycle ..............................13Figure 4 - Bivalent mono-energy (left) and monovalent (right) operation ...............14Figure 5 - Energy prices historical (solid lines) and forecast (marked) ...................16Figure 6 - Trias Energetica ....................................................................................17Figure 7 - Heating curve for the corner house and apartment................................18Figure 8 - Typical solar collector installation ..........................................................19Figure 9 - Sun orientation and inclination ..............................................................21Figure 10 - Hydronic radiant floor ..........................................................................22Figure 11 - Vertical temperature gradient ..............................................................22Figure 12 - Reaction of LT convectors...................................................................23Figure 13 - Reaction of radiant heating..................................................................23Figure 14 - Combination of floor heating with LT convectors .................................24Figure 15 - System lay-out used for simulation......................................................27Figure 16 - Temperature frequency De Bilt (Netherlands) for 2003 and 2007........28Figure 17 - Load duration curve corner house versus apartment...........................28Figure 18 - Ice at a Carrier air source heat pump ..................................................29Figure 19 - Annual energy cost for various capacity heat pumps...........................30Figure 20 - Total cost of ownership for various capacity air source heat pums .....31Figure 21 - Bivalent selection based on capacity in relation to heating curve ........32Figure 22 – Corner house annual energy cost.......................................................33Figure 23 – Corner house total cost of ownership .................................................33Figure 24 - Product life cycle curve ......................................................................35Figure 25 - Sound level perception........................................................................36Figure 26 - Reduction of noise in relation to distance ............................................37Figure 27 - Daikin Q11 in silent mode....................................................................37Figure 28 - Simultaneity demand for average household and 10kW heat pump ....37Figure 29 - The effect of thermal mass on annual heating demand .......................40Figure 30 - Cost versus profit for solar collector (4% electricity indexation) ...........51Figure 31 - Cost versus profit for solar collector (8% electricity indexation) ...........51Figure 32 - Cost versus profit for solar collector (8% electricity indexation) ...........51Figure 33 - Cost versus profit for photo voltaic (4% electricity indexation) .............52Figure 34 - Cost versus profit for photo voltaic (4% electricity indexation) .............52TabellijstTable 1 - Emission factors used in EPC calculation using NEN 5128 ....................15Table 2 - Heat loss SenterNovem reference houses .............................................18Table 3 - Cost for solar collector installation ..........................................................19Table 4 - Actual reduction factor for air source heat pumps...................................20Table 5 - Cost per reduced kWh and tons CO2 with a solar collector.....................20Table 6 - Cost per reduced kWh and tons CO2 with photo voltaic .........................21Table 7 - Underfloor heating power .......................................................................22Table 8 - Dutch hot tap water comfort classes.......................................................24Table 9 - Volume of boiler needed for number of person living in the dwelling(ISSO-72)..............................................................................................................25Table 10 - Hot tap water demand for dwelling occupancy (ISSO-72).....................25Table 11 - Energy used for hot water supply with a 10 kW air source heat pump ..25Table 12 - Energy cost for day and night operation and single and double tariff ....26Table 13 - Investment needed...............................................................................32Table 14 - Fluctuation of energy bills in the period 2003-2009...............................35Table 15 - Price of normal and heat pump ready network. (Source: Stedin) ..........37 9
  • 11. InleidingVoordat de VN-klimaattop van start ging in Cancun op 29 november 2010,publiceerde het gerenommeerde onderzoeksinstituut Maplecroft een studie naar deCO2 emissies van 183 landen. De studie identificeerde Nederland als nummer vijfvan slechtst presterende landen als het gaat om de CO2 uitstoot per inwoner.Nederland is het enige Europese land dat wordt gezien als ‘extreem risicovol’. Er isdus nog een hoop werk te doen om de energie efficiëntie en CO2 uitstoot vanNederland te verbeteren.Het verwarmen en tapwater verbruik heeft een aandeel van 19% in Nederlandstotale CO2 emissie. Om aan het Europese verdrag op CO2 te kunnen voldoen heeftde Nederlandse overheid in 1995 de EPC (Energie Prestatie Coëfficiënt ) voornieuwbouwwoningen geïntroduceerd. Deze EPC indexeert het energiegebruik vannieuwbouwwoningen, gelet op energie voor verwarming, tap water en verlichting, inrelatie tot het gebruiksoppervlak. In 2006 is de EPC eis aangescherpt naar 0,8, aande volgende EPC eisen moet er nu en de komende tijd worden voldaan. Standaard Excellent gebied - 2006 EPC = 0,8 EPC = 0,6 - 2011, EPC = 0,6 EPC = 0,4 - 2015, EPC = 0,4 EPC = 0,3 - 2020, Energy neutraal Energy neutraalIn de komende tien jaar zal Ymere samen met de gemeente Almere hetwoongebied Almere Hout Noord ontwikkelen (figuur 1). Het doel is een CO2neutrale en energie onafhankelijke wijk. Verder is het gebied door minister Eimertvan Middelkoop (Wonen, Wijken en integratie) aangewezen als excellent gebied,hierdoor moet er nu al een EPC eis van 0,4 gerealiseerd moeten worden. Dezeambitieuze doelstellingen vergen het toepassen van duurzame maatregelen, hetgebied heeft echter enkele beperkingen: - De bodem van het gebied is bedoeld voor drinkwaterontginning, er mag daarom niet geboord worden; - Vanwege de energie onafhankelijke doelstelling zal er geen gasnetwerk worden aangelegd;Door deze beperkingen kunnen er geen op aardgas gestookte gasketels of bodemwarmtepompen worden toegepast. Om toch aan de duurzame doelstellingen tekunnen voldoen is een energie concept met lucht/water warmtepompenonderzocht. Dit rapport tracht te bepalen of een lucht water warmtepomp eenwaardig alternatief is voor de verwarming van een woning. Verder is onderzochthoe het potentieel maximaal kan worden benut, wat de do’s en don’ts zijn en welkerisico’s bij lucht water warmtepompen gewogen moeten worden.Figure 1 - Location of Almere Hout Noord (marked yellow) 10
  • 12. De afdeling “Gebied en Projectontwikkeling” van Ymere heeft opdracht gegevenom met dit rapport de kans op onverwachte kosten en problemen bij het toepassenvan lucht/water warmtepompen te onderzoeken. Er is een samenwerking met deHogeschool Utrecht aangegaan om een student de gelegenheid te geven zich teverdiepen in het onderwerp. Om structuur aan te brengen in het onderzoek is ereen mindmap (Bijlage I) en planning (Bijlage 2) gemaakt.LeeswijzerIn hoofdstuk 1 wordt de achterliggende theorie van warmtepompen besproken. Dewerking van een warmtepomp wordt besproken en de begrippen COP en SPFworden geïntroduceerd. Verder is een algemene beschrijving gegeven van hetpotentieel op CO2 uitstoot vermindering en besparing op de energierekening.Hoofdstuk 2 behandeld de overige onderdelen van een energieconcept metlucht/water warmtepompen die van invloed kunnen zijn op het energieverbruik vaneen woning. De “trias energetica” wordt geïntroduceerd als gids voorenergiebesparing en een beschrijving van het model huis met isolatie waarden isgegeven. Verder worden de mogelijkheden voor het gebruik van zonne-energiebesproken.De variabelen voor het vergelijken van warmtepompen worden behandeld inhoofdstuk 3. Het hoofdstuk begint met klimaat bestanden die worden gebruikt enhoe variabelen als COP curven, stooklijnen en start/stop zijn gebruikt in desimulatie. Daarna wordt door verschillende verwarmingscapaciteiten vanwarmtepompen te simuleren de het optimum bepaald in relatie tot de kosten.Uitgaande van de optimale capaciteit wordt tenslotte een vergelijking gemaakttussen verschillende merken warmtepompen.Hoofdstuk 4 behandeld de risico’s die in overweging genomen moeten worden bijhet toepassen van lucht/water warmtepompen. Het risico van een fluctuerendeenergie rekening wordt beschreven en hoe verkeerd gebruik kan leiden tot eenhoge energierekening. Verder wordt de geluidsproductie behandeld, en optiesgegeven om deze risico’s te bepreken. Ook is de invloed op de elektrischeaansluiting per huis en voor de wijk behandeld.In hoofdstuk 5 worden er ontwerp aanwijzingen gegeven voor ontwikkelaars,architecten, adviseurs, installateurs en fabrikanten. Er wordt benadrukt dat hetbelangrijk is om integraal te ontwerpen om de werken en kwaliteit van lucht/waterwarmtepomp systemen te garanderen.Ten slotte behandeld hoofdstuk 6 de belangrijkste conclusie die getrokken kunnenworden aan de hand van de informatie uit de voorgaande hoofdstukken. Verderworden er aanbevelingen gegeven voor verder onderzoek naar lucht/waterwarmtepompen. 11
  • 13. 1 Lucht water warmtepomp technologie1.1 Wat is een lucht water warmtepomp?Ondanks dat lucht van -10 ° koud aanvoelt, bevat het nog steeds warmte. Alles Cboven het absolute minimum van -273,15 ° (0 Kelvin) bevat energie die ontrokken Ckan worden. Een warmtepomp is een apparaat dat warmte verplaats van een laagtemperatuur bron naar een afgifte systeem met een hogere temperatuur. Dit afgiftesysteem kan vloerverwarming, een radiator of warm tap water zijn. De lucht/waterwarmtepomp gebruikt buitenlucht of ventilatielucht als bron.Afhankelijk van de druk verandert een koelmiddel van fase bij verschillendetemperaturen. Dit principe maakt het mogelijk om te verdampen op een lagetemperatuur en een lage druk en te condenseren op een hoge temperatuur enhoge druk. Verdampen onttrekt energie van een lagere temperatuur warmtebron encondenseren geeft het af aan een hogere temperatuur afgifte systeem. Figuur 2hieronder geeft het basisprincipe weer van een warmtepomp. Figure 2 - Principle of a heat pumpHet gas wordt door de compressor (1) gecomprimeerd, wat de druk en detemperatuur van het gas doet verhogen. Dan gaat het hete gas door eenwarmtewisselaar, de condensor (2), waar het zijn warmte afgeeft aan het koudereafgifte systeem. Hierdoor condenseert het hete gas tot een vloeistof. De vloeistofgaat dan door het expantie ventiel (3) waar de druk wordt gereduceerd, hierdoorwordt de temperatuur en het kookpunt van het koelmiddel verlaagd. In deverdamper (4) absorbeert het koude koelmiddel energie van de warmere bronwaardoor het koelmiddel verdampt. Hierna begint de cyclus opnieuw door hetcomprimeren van het gas door de compressor. Het verwarmingvermogen van dewarmtepomp is het onttrokken vermogen van de warmtebron plus de energie die inhet koelmiddel is gestopt door de compressor. 12
  • 14. 1.2 Het verschil tussen COP en SPFThe warmtepomp cyclus zoals beschreven in figuur 2 wordt vaak getekend in eendruk-enthalpie diagram (figuur 3) omdat het proces bestaat uit twee constantedrukken en een constante enthalpie. Figure 3 - Pressure enthalpy diagram with compression cycleHet grote voordeel kan eenvoudig aangetoond worden door een voorbeeld.Tc = arbeid door compressie = h3 – h2 = 390 – 300 = 90 kJ/kgTh= warmte afgifte van condensor = h3 – h4 = 390 – 140 = 250 kJ/kgCOP = bruikbare warmte (Th) / arbeid door compressor (Tc) = 250 / 90 = 2.77Hierdoor kan door elke kW energie die door de compressor wordt gebruikt 2,77 kWaan warmte door de condensor worden afgegeven. De efficiëntie van dit proceswordt uitgedrukt als de “Coefficient of Performance” (COP). Een meer realistischeCOP is echter de warmteafgifte gedeeld door de totale elektrische energie gebruiktdoor de compressor en overige elektrische componenten. : Warmte afgegeven : Elektrische energie gebruiktVoor het berekenen van de prestaties van een warmtepomp is het echter nogbelangrijker om de efficiëntie van het systeem over een langere periode te nemen,ook wel de “Seasonal Performance Factor” (SPF) genoemd. Het bereken van dezeSPF vereist informatie over de verschillende vermogensvragen enbrontemperaturen. 13
  • 15. 1.3 Type bedrijfswijzen voor warmteopwekkingEen lucht-water warmtepomp kan met verschillende bedrijfswijzen wordenuitgevoerd. - Monovalent: The De totale benodigde warmte wordt geleverd door de warmtepomp. - Bivalent: De warmtepomp heeft een extra warmteopwekker zoals een elektrisch verwarmingselement of een gasketel. De extra warmteopwekker levert de warmte als de capaciteit van de warmtepomp onvoldoende is of als de efficiëntie van de gasketel hoger is dan de efficiëntie van de warmtepompDoor de beperkingen in Almere Hout Noord, kan er alleen een monovalente (figuur4 rechts) warmtepomp worden gebruikt of een bivalente warmtepomp (figuur 4links) met een elektrisch element (bivalent mono energetisch).Figure 4 - Bivalent mono-energy (left) and monovalent (right) operation1.4 Frequentie geregelde warmtepompenHet aan en uit schakelen van een warmtepomp heeft een grote invloed op hetrendement van een warmtepomp, als een warmtepomp inschakelt duurt hetnamelijk even voordat de warmtepomp op zijn maximale efficiëntie (COP) in bedrijfis. Sommige modellen hebben om dit effect te verminderen een extra buffer, delaatste tijd wordt er door de grote merken echter veelal een frequentieregelaartoegepast. Een warmtepomp met een frequentieregelaar kan de compressorterugtoeren waardoor het opgenomen en afgenomen vermogen afneemt. Doordathet af te geven vermogen afneemt kan de warmtepomp een kleinertemperatuurverschil over de condensor en verdamper hanteren, het totaletemperatuurverschil over de compressor daalt hierdoor ook waardoor de COPtoeneemt.De extra ruimte die nodig is voor een niet frequentie geregelde warmtepomp is eengroot nadeel. Deze ruimte kan anders worden verkocht of verhuurd, in deNederlandse huizenmarkt de ruimte beperkt is en de prijzen zijn hoog. Door ditnadeel en de betere efficiëntie van een frequentiegeregelde warmtepomp zullen deniet frequentiegeregelde warmtepompen niet verder in dit rapport behandeldworden.1.5 Voordelen van een lucht-water warmtepompWarmtepompen kunnen niet zondermeer als een duurzame technologie wordenbeschouwd. De compressor en andere elektrische componenten gebruiken immerselektriciteit die over het algemeen met fossiele brandstoffen worden opgewekt. Als 14
  • 16. de elektriciteit echter wordt opgewekt met windmolens of zonne-energie, kan decombinatie van technieken wel duurzaam worden genoemd.De meest gebruikte gasketel in nieuwbouwwoningen op dit moment is de HR107gasketel. Een typisch hoekhuis dat is goed geïsoleerd geeft een jaarlijksenergieverbruik van circa 27 GJ voor verwarming en warm tap water. Door gebruikte maken van de CO2 emissie factoren die gebruikt worden in de EPCberekeningen (tabel 1) kan de hoeveelheid uitgestoten CO2 worden berekend. Fuel CO2-emission factor kg/MJ Natural gas 0,0560 Electricity 0,0694 External heat delivery with 0,094 coals External heat delivery with oil 0,0730 Waste incineration 0,0314 Table 1 - Emission factors used in EPC calculation using NEN 5128Voor de gasketel (jaarlijkse efficiëntie van 85%) is de jaarlijks uitgestoten CO2:Voor de lucht-water warmtepomp die wordt gebruikt voor verwarming en warmwater (SPF is ongeveer 3) is de hoeveelheid uitgestoten CO2:De CO2 uitstoot vermindering in dit voorbeeld is ongeveer 67% vergeleken met eenHR107 gasketel. Als er groene elektriciteit wordt gebruikt kan de CO2 verminderingzelfs 100% zijn. Een ander voordeel is de besparing op de jaarlijkseenergierekening.Jaarlijkse energiekosten voor een gasketel:Jaarlijkse energiekosten voor een lucht-water warmtepomp: 15
  • 17. De kosten bespring in dit voorbeeld is ongeveer 10%. De verwachting is dat deprijs van aardgas de komende jaren sneller zal stijgen (9%) dan de prijs vanelektriciteit (6%) (figuur 5) doordat de aardgas voorraad slinkt en het toenemendegebruik van duurzame bronnen voor elektriciteitsopwekking. Dit maakt hetpotentieel op besparing op de energierekening alleen maar groter. Politieke eneconomische omstandigheden kunnen er toe leiden dat de koppeling tussen degasprijs en de olieprijs in de toekomst wordt losgelaten. Dit zou betekenen dat degasprijs een geheel eigen dynamiek krijgt waar geen historische trendgegevensvan bekend zijn. De benodigde investering voor een warmtepomp is echter hogerdan voor een gasketel, omdat er in Almere Hout Noord geen gasketels toegepastkunnen worden zal deze vergelijking niet verder in dit rapport worden gemaakt.Figure 5 - Energy prices historical (solid lines) and forecast (marked) 16
  • 18. 2 Overige onderdelen van het energieconcept2.1 Trias energetica als leidraad voor energieverbruik reductieIn 1996 introduceerde SenterNovem (nu Agentschap NL) de Trias Energetica(figuur 6) als een simpel driestappenplan om een duurzaam energie managementte realiseren.De drie stappen zijn: 1. Reduceer onnodig energieverbruik, bijvoorbeeld betere isolatie; 2. Gebruik zoveel mogelijk duurzame energiebronnen, bijvoorbeeld wind en zon; 3. Gebruik voor de resterende vraag fossiele brandstoffen zo efficiënt mogelijk, door het gebruiken van apparatuur met hoge rendementen.; Figure 6 - Trias EnergeticaDe gebouwen in Almere Hout Noord worden ontworpen en gebouwd volgens ditconcept. Het bepalen van de optimale kosten / energiereductie verhouding is nietbehandeld in dit rapport. De isolatiewaarden die Ymere gebruikt voor het behalenvan een EPC van 0,4 met een bodemwarmtepomp zijn ook toegepast op hetlucht/water warmtepomp energieconcept.2.2 SenterNovem referentie huisHet definitieve ontwerp van de gebouwen die de komende jaren in Almere HoutNoord gebouwd zullen worden is nog onbekend. Hierdoor kan er geenwarmteverliesberekening worden gemaakt. Een veelgebruikte methode is omgebruik te maken het ontwerp van de SenterNovem referentiehuizen. Dit ontwerp incombinatie met Ymere isolatiewaarden (bijlage II) is de basis voor dewarmteverliesberekeningen.De berekeningen zijn gemaakt volgens ISSO 51 met behulp van BINK software.Het totale warmteverlies bij een buitentemperatuur van -10 ºC voor het hoekhuis isruim 9 kW, voor het appartement bijna 7 kW (tabel 2). In de toekomst kunnen dezewaarden verder dalen omdat de technische kwaliteit van onveranderde isolatie englas onder druk van de energiebesparingopgave snel verbeterd en ook goedkoperwordt. 17
  • 19. Heat transmission at -10 °C Room SenterNovem corner house SenterNovem apartment Living room / kitchen 4 kW 3,2 kW Bathroom 0,9 kW 1,2 kW Entry 0 - Hall 0 - Bedroom 1 1,1 kW 1,3 kW Bedroom 2 0,6 kW 0,9 kW Bedroom 3 0,7 kW - Toilet 0,3 kW 0,2 kW Loft 1,4 kW - Total 9,0 kW 6,8 kWTable 2 - Heat loss SenterNovem reference housesDe stooklijn (figuur 7) geeft de benodigde warmte bij een bepaalde temperatuur.Deze stooklijn wordt in hoofdstuk 3 gebruikt voor warmteverlies simulaties.Figure 7 - Heating curve for the corner house and apartment2.2 ZonnecollectorHet voordeel van een zonnecollector is afhankelijk van de grootte (capaciteit) vaneen collector in verhouding tot de tapwater behoefte. Naarmate de afmeting vaneen zonnecollector toeneemt, zal een groter gedeelte van de warmwater behoeftemet behulp van zonne-energie worden opgewekt. Deze relatie wordt uitgedrukt alsde reductiefactor. De groei van de reductiefactor neemt af naarmate de afmetingvan de zonnecollector toeneemt. Om een grotere bijdrage aan de jaarlijksewarmwater behoefte te kunnen leveren moet er meer warmte worden geleverd inde donkere tijden van het jaar (winter en herfst), wanneer het rendement van dezonnecollector lager is. Het totale rendement van het systeem neemt dus afnaarmate het oppervlak van de collector toeneemt. 18
  • 20. Figure 8 - Typical solar collector installationVoor een hoekhuis met vier kamers is de dagelijkse warmwater behoefte ongeveer100 liter (tabel 10). Dit is een jaarlijkse warmwater behoefte van ongeveer 36,5 m³.Met de formule van ISSO 59 (bijlage III) kan het optimale collector oppervlakworden bepaald per reductiefactor. Hierbij is aangenomen dat de warmwaterbehoefte gedurende de winter en zomer gelijk is. 20% = 20 x 36,5/1000 = 0,73 m² 30% = 40 x 36,5/1000 = 1,46 m² 40% = 60 x 36,5/1000 = 2,19 m² 50% = 95 x 36/1000 = 3,5 m²De kosten van een collector is hoofdzakelijk afhankelijk van het collector oppervlak,de installatiekosten en kosten voor extra componenten verschillen weinig (tabel 3).Omdat de warmtepomp standaard al voorzien is van een buffer voor warm water iser geen extra buffer nodig. Collector Pump and size Installing piping Collector Total 0,73 m² € 300,- € 300,- € 300,- € 900,- 1,46 m² € 300,- € 300,- € 500,- € 1.100,- 2,19 m² € 400,- € 300,- € 700,- € 1.400,- 3,5 m² € 500,- € 300,- € 1000,- € 1.800,-Table 3 - Cost for solar collector installationEen zonnecollector systeem met een reductiefactor van 50% betekent eenhalvering van de jaarlijkse warmwatervraag. In de zomerperiode kan de reductie80% zijn, terwijl dit in de winter 20% is. Een lucht/water warmtepomp gebruikt metlagere temperaturen (winter) meer energie gebruikt voor dezelfde hoeveelheidwarmwater als met hogere temperaturen (zomer). Hierdoor kan een reductiefactorniet direct worden vertaald naar een vermindering van het elektriciteitsverbruik.Omdat de maandelijkse reductiefactoren niet beschikbaar zijn is het effect op hetenergieverbruik gesimuleerd met het slechtst dankbaarste scenario (tabel 4).Wanneer een jaarlijkse besparing op de warmwater behoefte gerealiseerd kanworden van 50%, is dit in het slechtste geval 100% tijdens zes warme maanden(hoge COP) en 0% tijdens zes koude maanden (lage COP). 19
  • 21. Annual hot Annual energywater reduction Cold months Warm months demand factor reduction factor reduction factor reduction factor Difference 50% 0% 100% 45% 10% 50% 20% 80% 47% 6% 50% 50% 50% 50% 0% 40% 0% 80% 36% 10% 30% 0% 60% 27% 10% 20% 0% 40% 18% 10%Table 4 - Actual reduction factor for air source heat pumpsAan bovenstaande tabel is te zien dat de reductiefactor maximaal 10% afwijkt alsvan het slechtste scenario wordt uitgegaan. Wanneer rekening wordt gehoudenmet een levensduur van 20 jaar en een rentevoet van 5% kunnen de kosten pergereduceerde kWh worden berekend. - Looptijd van hypotheek is 30 jaar; - CO2 emissie is gebaseed op tabel 1; - Prijsstijging elektriciteit is 4% per jaar; - Elektriciteitsprijs in 2010 is € 0,21; - Duur van SDE (Subsidie Duurzame Energie) is 15 jaar; Collector Total Reduced €/tons CO2Reduction size mortgage MWh €/kWh 18% 0,73 m² € 1.598,- 4,1 MWh € 0,39 € 1,56 27% 1,46 m² € 1.953,- 6,1 MWh € 0,32 € 1,28 36% 2,19 m² € 2.485,- 8,2 MWh € 0,30 € 1,21 45% 3,5 m² € 3.195,- 10,2 MWh € 0,31 € 1,25Table 5 - Cost per reduced kWh and tons CO2 with a solar collectorWanneer een stijging van de elektriciteitsprijs wordt gebruikt van 4% per jaar zal dekleinste collector (0,73 m²) niet terugverdienen. De overige formaten verdienen zichongeveer terug in circa 10 – 12 jaar. Wanneer echter een prijsstijging van 8% perjaar wordt gebruikt zal de 0,73 m² collector zich terugverdienen in 11 jaar. Deoverige collectoren verdienen zich terug in circa 6 jaar (bijlage V).2.3 ZonnepanelenDe prestatie van zonnepanelen is grotendeels afhankelijk van de oriëntatie eninclinatie (hoek ten opzichte van een horizontaal vlak) van het systeem. VoorNederland is het meest effectief een systeem georiënteerd op het zuiden met eeninclinatie van circa 35º (figuur 9). Maar ook onder minder dan idealeomstandigheden kunnen zonnepanelen een flinke hoeveelheid elektriciteitproduceren. De dakoriëntatie van de eerste bouwfase van Almere Hout Noord isvoornamelijk zuidoost (bijlage XII), als de inclinatie van de daken tussen de 10º en50º wordt gebouwd zal er ongeveer 95% van optimaal aan zonnestralingbeschikbaar zijn. 20
  • 22. Figure 9 - Sun orientation and inclinationDe capaciteit van de zonnepanelen wordt uitgedrukt als Watt Peak (WP). Dit is denominale capaciteit onder laboratorium condities. De jaarlijkseelektriciteitsproductie bij 100 WP in Nederland is ongeveer 90 kWh bij optimaleoriëntatie en inclinatie. Voor Almere Hout Noord (95% van optimaal) betekent dit85,5 kWh voor 100 WP.De totale kosten en opbrengsten gedurende de levensduur van de zonnepanelenkunnen worden berekend als dezelfde aannames worden gebruikt als in paragraaf2.2, de levensduur van een zonnepaneel is echter 25 jaar.PV capacity Investment Total Reduced €/tons(Watt peak) (Excl. BTW) mortgage MWh €/kWh CO2 570 € 2.200 € 3.905 12,1 MWh € 0,32 € 1,29 1.140 € 4.400 € 7.810 24,4 MWh € 0,32 € 1,28 1.900 € 6.520 € 11.573 40,6 MWh € 0,28 € 1,14 2.850 € 9.775 € 17.351 60,9 MWh € 0,28 € 1,14 3.800 € 12.463 € 22.122 81,2 MWh € 0,27 € 1,09Table 6 - Cost per reduced kWh and tons CO2 with photo voltaicAls een elektriciteitsstijging wordt gehanteerd van 4% per jaar zullen dezonnepanelen niet terugverdienen. Als er echter een prijsstijging van 8% wordtgebruikt zullen de zonnepanelen zich na 18 to 21 jaar terugverdienen (bijlage V).2.4 Afgifte systeemEen conventioneel verwarmingssysteem voor Nederlandse woongebouwenbestaat uit een HR gasketel met 80-60 ºC radiatoren. Wanneer gebruik wordtgemaakt van een warmtepomp zijn er laag temperatuur (LT)verwarmingselementen nodig die met een temperatuur van 35 ºC genoeg warmtekunnen afgeven. Hiervoor zijn twee typen afgifte systemen geschikt,oppervlakverwarming en LT convectors. Het is ook mogelijk om deze tweesystemen te combineren.2.4.1 OppervlakverwarmingSystemen die gebruik maken van oppervlakverwarming gebruiken de vloer, wandof plafond als verwarmingselement. Vloerverwarming wordt het meest toegepasten is ook het goedkoopst om uit te voeren. 21
  • 23. Er zijn drie verschillende typen vloerverwarming; hete lucht vloerverwarming,elektrische vloerverwarming en hydraulische vloerverwarming. Hydraulische is demeest toegepaste techniek en ook goed geschikt om te gebruiken in combinatiemet de lage temperatuur afgifte van warmtepompen. De slangen vanvloerverwarming worden meestal in beton gegoten (figuur 10).Figure 10 - Hydronic radiant floor Figure 11 - Vertical temperature gradientHet grootste voordeel van vloerverwarming is de verbeterde comfort ervaring enhet beperkte ruimtegebruik. Het thermische comfort wordt beïnvloed door deluchttemperatuur, gemiddelde stralingstemperatuur, luchtsnelheid, relatievevochtigheid, conductie, kleding en metabolisme. Vloerverwarming heeft eenpositief effect op de stralingstemperatuur (stralingssymmetrie), lucht temperatuur(stabieler) en conductie (voeten op vloer).Een nadeel van vloerverwarming is de langzame reactie op temperatuurveranderingen. Dit wordt veroorzaakt door de grote hoeveelheid water in deslangen en de thermische massa van de betonnen vloer. Deze langzame reactiemaakt vloerverwarming minder geschikt voor toepassing in studeerkamers enslaapkamers, een aantal uren wachten totdat de kamer de gewenste temperatuurheeft bereikt is onacceptabel.De capaciteit van vloerverwarming is afhankelijk van de kamertemperatuur en deafstand tussen de slangen. De maximale capaciteit bij een watertemperatuur van35 ºC en een kamertemperatuur van 20 ºC is 97 Watt per vierkant meter (tabel7). Water Room Piping distancetemperature temperature 300 mm 250 mm 200 mm 150 mm 100 mm 35 ºC 15 ºC 73 84 97 112 129 W/m² 35 ºC 18 ºC 62 71 83 95 110 W/m² 35 ºC 20 ºC 55 63 73 84 97 W/m² 35 ºC 22 ºC 48 55 63 73 84 W/m² 35 ºC 24 ºC 41 46 54 62 71 W/m²Table 7 - Underfloor heating power Voordelen - Vrije indeelbaarheid van - Thermisch comfort; de woning. - Lucht kwaliteit; - Geen ruimte gebruik; - Geen onderhoud; - Algemeen bekend; Nadelen - Wordt gezien als luxe; - Langzame reactie; 22
  • 24. - Energieverspilling door - Niet geschikt voor langzame reactie slaapkamers en - Beperkte hoeveelheid studeerkamer. warmte afgifte; - Lastig om legionella veilig te ontwerpen;2.3.2 Laag temperatuur radiatorenDe meeste capaciteit van radiatoren of convectors is door convectie, slechts eenklein deel wordt veroorzaakt door radiatie. Doordat traditionele radiatoren wordengebruikt met een 80/60 ºC water temperatuur zal de lucht in de buurt van deradiatoren snel stijgen. Hierdoor wordt er een natuurlijk lucht circulatie gecreëerddie grotendeels het vermogen van de radiator bepaald.Wanneer lage temperaturen worden gebruikt (35 ºC) zal de lucht slechtslangzaam stijgen en de capaciteit van de radiator beperken. Omdatwarmtepompen het beste werken met een laag temperatuur afgifte systeem zijner radiatoren ontwikkeld die ook met lage temperaturen voldoende vermogenkunnen afgeven. Veel van deze radiatoren gebruiken kleine ventilatoren om delucht geforceerd door de radiator te duwen.Het voordeel van deze radiatoren kleine water inhoud. Hierdoor hoeft dewarmtepomp slechts weinig water op te warmen voordat de radiator op zijnmaximale capaciteit is, verder stopt de radiator ook vrij direct als er geenwarmtevraag meer is. Hierdoor is een snelle reactie op temperatuur setpointsmogelijk, waardoor energie kan worden bespaard (figuur 12 en 13). De rode lijnis de instelling van de thermostaat en de zwarte lijn is de werkelijk gemetenruimte temperatuur. De tijd dat de ruimtetemperatuur boven de ingesteldetemperatuur is betekend verspilde energie.Figure 12 - Reaction of LT convectors Figure 13 - Reaction of radiant heatingVoordelen Nadelen - Snelle reactie; - Ruimte gebruik; - Weinig energie - Onderhoud nodig; verspilling; - Geluid; - Onbekende techniek;2.3.3 Combinatie van vloerverwarming met LT radiatorenDoor de maximale capaciteit van de vloerverwarming bij 35 ºC heeft dehuiskamer nog een extra LT radiator nodig om voldoende warmte af te kunnenafgeven. Door de twee afgifte systemen te combineren kan gebruik wordengemaakt van de snelle reactie van de LT radiator en het comfort van devloerverwarming. De vloerverwarming krijgt een setpoint van 18 ºC, de LT 23
  • 25. radiator zal de laatste 2 ºC tot 20 ºC regelen. Hierdoor kan er snel wordengereageerd op zoninstraling of warmtevraag (zie figuur 14). T (°C) Energy reduction Underfloor heating Energy reduction Underfloor heating with low temperature convectors Figure 14 - Combination of floor heating with LT convectorsOver het algemeen wordt er maar weinig tijd gespendeerd in slaapkamers ofstudeerkamers. Als er toch iemand aanwezig is moet het er snel warm kunnenworden, hierdoor is een LT radiator meer geschikt dan vloerverwarming.2.4 Warmte opslag2.4.1 Warm water bufferDe warm water comfort klassering is uitgedrukt als CW klasse. De minimum CWklasse die door Ymere wordt gehanteerd voor nieuwbouw woningen is CW4. Ditbetekent dat de warmtepomp 8 liter per minuut van 60 ºC kan leveren (tabel 8).Het vermogen dat benodigd is om deze hoeveelheid warm water te leveren kanals volgt worden berekend: CW class Amount of hot water Needed capacity CW3 6 l/m 60oC 21 kW CW4 8 l/m 60oC 28 kW CW5 10 l/m 60oC 35 kW CW5+ 12 l/m 60oC 42 kW o CW 6 15 l/m 60 C 52,5 kW Table 8 - Dutch hot tap water comfort classesDe capaciteit van een gemiddelde warmtepomp voor een huishouden heeft eenveel lagere dan nodig is voor warm water productie (bijlage 9). Hierdoor is er eenbuffer nodig die langzaam geladen kan worden. Het formaat van deze buffer isafhankelijk van het aantal personen dat gebruik maakt van de woning. Als desamenstelling van het gezin niet bekend is moet worden uitgegaan van 4personen. Number of Volume standby boiler (55 ° [liter] C) persons in Load time < 1,5 hour 1,5 hour < Load time < 16 hour dwelling Shower Bath Shower Bath 1 en 2 96 96 96 138 3 96 96 144 186 24
  • 26. 4 96 117 192 234 5 120 141 240 282Table 9 - Volume of boiler needed for number of person living in the dwelling (ISSO-72)De laadduur wordt berekend aan de hand van de hoeveelheid water die wordtgebruikt gedurende een dag. Ook hier moet worden uitgegaan van 4 personenals de gezinssamenstelling onbekend is, verder moet er rekening wordengehouden met een bad. Een gemiddelde 10 kW warmtepomp die in warm water(55 ºC) bedrijf bij een buitentemperatuur van circa 0 ºC heeft een capaciteit vancirca 6 kW. De laadduur is in dit geval als volgt berekend:In de praktijk zal de laadduur langer zijn aangezien er tijdens het laden ookwarmte nodig zal zijn voor het verwarmen van het huis. Occupancy Hot tap water demand [liters of 55 ºC]per dwelling [number of persons] Shower Bath 1 40 75 2 80 115 2,5 100 135 3 120 155 4 160 195 5 200 235Table 10 - Hot tap water demand for dwelling occupancy (ISSO-72)In dit geval moet de inhoud van de buffer minimaal 234 liter zijn. Destilstandverliezen van een buffer van dit formaat is tussen de 50 en 80 Watt. Bijeen warmtepomp in warm water bedrijf met een SPF voor warm water van SPF =2,8 betekent dit tussen de 150 en 250 kWh elektriciteitsgebruik per jaar.2.4.2 Warm water buffer laad schemaGedurende een dag zal de efficiëntie van de warmtepomp het hoogste zijntussen 13:00 en 16:00, wanneer de buitentemperatuur het hoogst is. Dit is deslimste tijd om de buffer te gebruiken als er alleen wordt gelet op de hoeveelheidenergie die wordt gebruikt. De volgende tabel is de energie gebruikt door een 10kW lucht/water warmtepomp in de periode 2003 – 2009 met nachtschema en eendagschema. De data is gegenereerd doormiddel van een simulatie (zie voorverdere uitleg van de simulatie hoofdstuk 3). 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009Night schedule (03:00-07:00) 1178 1154 1147 1137 1126 1145 1140 kWhDay schedule (13:00-16:00) 1041 1050 1048 1042 1026 1042 1056 kWhDifference 137 104 99 95 100 103 84 kWhTable 11 - Energy used for hot water supply with a 10 kW air source heat pumpEr zijn echter ook huishoudens die gebruik maken van een dubbel tarief voorelektriciteit. Hierdoor betalen ze minder tussen 23:00 en 07:00 en iets meer 25
  • 27. gedurende de overige uren, We gaan uit van een enkel tarief van € 0,21/kWh eneen dubbeltarief van € 0,19/kWh gedurende de nacht en € 0,23/kWh gedurendede dag. De data gegenereerd met de simulatie (tabel 12) laat zien dat het ladenvan de buffer gedurende de dag met een enkeltarief de beste strategie is voorhet laden van de buffer. 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 AverSingle tariff (day operation) € 217 € 218 € 218 € 217 € 213 € 217 € 220 € 217Double tariff (night operation) € 224 € 219 € 218 € 216 € 214 € 218 € 217 € 218Double tariff (day operation) € 237 € 239 € 239 € 237 € 234 € 237 € 241 € 238Table 12 - Energy cost for day and night operation and single and double tariff 26
  • 28. 3 Variabelen voor vergelijken van warmtepompen3.1 Systeem overzichtVanwege de voordelen van frequentie geregelde warmtepompen zoalsbeschreven in paragraaf 1.3 en de noodzaak van een warm water buffer, hetprincipe schema voor de vergelijking is vastgelegd. Op basis van dit schema zijnalle berekeningen en simulaties gebaseerd. Figure 15 - System lay-out used for simulation 1 Inverter air source heat pump 2 Heat exchanger for separation between water and refrigerant 3 Circulation pump 4 Hot water boiler 5 Low temperature convectors 6 Floor heating 7 Controller 8 Thermostat3.1 Buitenlucht temperatuurDe Nederlandse standaard voor vergelijking van energieprestaties vanwoongebouwen en verschillende installaties gebruikt een referentiejaargebaseerd op maandelijks gemiddelde temperaturen. De middeling vanmaandtemperaturen is voor het vergelijk van lucht/water warmtepompen nietnauwkeurig genoeg. Dit komt doordat het rendement van een lucht/waterwarmtepomp sterk afhankelijk is van de buitentemperatuur. De nieuweNederlandse NEN 5060 heeft referentiejaren met de data per uur welkegeïmporteerd kunnen worden in Excel. Omdat deze data vrijwel hetzelfde is alsde gratis KNMI klimaatbestanden zijn de KNMI bestanden gebruikt. 27
  • 29. Figure 16 - Temperature frequency De Bilt (Netherlands) for 2003 and 2007Om de hoeveelheid data te beperken en daarmee de handelbaarheid van desimulatie te bewaken is er gekozen voor de klimaatbestanden van 2003 tot enmet 2009. De figuur hierboven laat het verschil in temperatuurfrequentie zientussen het jaar 2003 en 2007. Het jaar 2003 had een koude herfst vergelekenmet 2007 wat duidelijk terugkomt als veel uren met een temperatuur tussen de -8ºC en 6 ºC.3.2 BelastingduurkrommeDe hoeveelheid warmte die de warmtepomp moet leveren is afhankelijk van destooklijn gecombineerd met de buitentemperatuur. Door de stooklijn en deklimaatbestanden met elkaar te koppelen en de thermische belasting tesimuleren (bezetting, verlichting en apparaten) kan de hoeveelheid warmte dienodig is voor elk uur van het jaar worden berekend. De resultaten kunnenworden weergegeven als een belastingduurkromme (figuur 17).Figure 17 - Load duration curve corner house versus apartment 28
  • 30. 3.2 Cop curveFabrikanten van warmtepompen geven veelal alleen de COP bij eenbuitentemperatuur van 7 ºC en een condensor temperatuur van 35 ºC. Dit isgeen goede indicatie van de prestaties van de warmtepomp bij lagere en hogeretemperaturen. Om een eerlijke vergelijking te kunnen maken is het belangrijk omde prestatie van de warmtepomp te weten over een buitentemperatuur van circa– 10 ºC tot 35 ºC, de COP curve, bij verschillende condensor temperaturen. In ditgeval is er gekozen om de COP curve op te vragen bij een condensortemperatuur van 35 ºC en 55 ºC. De volgende fabrikanten hebben de COPcurves van de warmtepompen vrijgegeven: - Daikin; - General; - LG; - Mitsubishi; - Nathan; - Stiebel Elton;Omdat LG, Daikin, General en Mitsubishi frequentie geregelde warmtepompenleveren zijn alleen deze vier merken meegenomen in dit onderzoek. In bijlage XIzijn de COP curves van de warmtepompen geanonimiseerd gegeven.3.3 Energie gebruik tijdens ontdooicyclusWanneer de temperatuur van buitenlucht daalt, zal ook de hoeveelheid vocht datde lucht kan opnemen dalen. Bij een hoge luchtvochtigheid en een dalendetemperatuur zal het vocht in de lucht gaan condenseren, het vocht zal zichafzetten op de verdamper. Wanneer de verdamper temperatuur onder hetvriespunt komt zal de condens gaan aanvriezen. In eerste instantie is dit geenprobleem, hierdoor kan namelijk ook de latente warmte uit de lucht wordengebruikt voor verwarming.Wanneer de hoeveelheid ijs toeneemt (figuur 18) zal de ijslaag gaan werken alseen isolator en de efficiëntie van de warmtepomp dalen. Om dit effect tegen tegaan is een warmtepomp uitgevoerd met een ontdooicyclus. De meestewarmtepompen hebben een koelmiddelgas bypass, waardoor het hete van decompressor direct naar de verdamper wordt geleid. Sommige warmtepompenhebben echter een elektrische heater bij de verdamper om het ijs te doensmelten. Het effect van deze ontdooicyclus is terug te vinden in de COP curveals een snelle daling van de COP tussen ongeveer 6 ºC en 0 ºC (bijlage XI).Figure 18 - Ice at a Carrier air source heat pump 29
  • 31. 3.4 Afnemende COP door aan en uit schakelenFrequentiegeregelde warmtepompen hebben de mogelijkheid om hun capaciteitterug te regelen tot ongeveer 25% van de maximale capaciteit. Als dewarmtevraag lager is dan 25% van de maximale capaciteit zal de warmtepompaan en uit gaan schakelen. Omdat een warmtepomp elke keer als hij aan wordtgezet even nodig heeft om zijn maximale capaciteit en rendement te halen is ditaan en uit schakelen nadelig voor het rendement van de warmtepomp. Het effectvan dit aan en uit schakelen is een daling van de COP met ongeveer 20%. Dit isbevestigd door twee fabrikanten van warmtepompen.3.5 DimensioneringEen grotere warmtepomp in een serie zal over het algemeen iets slechterpresteren dan de kleinere versie in een serie (zie ook paragraaf 4.1). Echter, eenwarmtepomp met een kleiner vermogen moet eerder de elektrische heaterinschakelen om aan de warmtevraag te voldoen als de buitentemperatuur daalt.Deze factoren samen met het effect van aan en uit schakelen uit paragraaf 3.4bepalen ondermeer hoe een warmtepomp energetisch zal presteren. Er moetechter ook rekening worden gehouden met investeringskosten enonderhoudskosten. De investeringskosten zijn hoger bij warmtepompen met eengroter vermogen, de onderhoudskosten zijn echter vrijwel gelijk. - Bij grotere warmtepompen is de COP curve iets minder; - Grotere warmtepompen zijn duurder; - Kleinere warmtepompen hebben meer elektrische bijstook nodig; - Onderhoudskosten blijven vrijwel gelijk - Grotere warmtepompen hebben meer starts/stops, waardoor de prestatie achteruit gaat bij hogere buitentemperaturen;Om het optimum te kunnen bepalen tussen warmtepomp capaciteit en stooklijn iseen simulatiemodel gemaakt. Dit model is gebaseerd op de gemiddelde COPcurve’s en capaciteiten van verschillende warmtepompen in de range van 4 kWt/m 16 kW bij een condensor temperatuur van 35 ºC en 55 ºC (Bijlage VIII enBijlage IX). Door deze data te combineren met de temperaturen per uur kan eeninschatting worden gemaakt van de jaarlijkse energiekosten bij verschillendemodellen.Figure 19 - Annual energy cost for various capacity heat pumps 30
  • 32. Het optimum op jaarlijkse energiekosten voor de periode 2003 – 2009 voor hetappartement is ongeveer een 6 kW model. Voor het hoekhuis is het optimumongeveer een 8 kW model. Het optimum is echter ook afhankelijk van deinvesteringskosten, stijging van elektriciteitsprijs, rentekosten, etc. Al dezefactoren bij elkaar geeft de TCO (Total Cost of Ownership).De volgende uitgangswaarden zijn gebruikt bij het berekenen van de optimalewarmtepomp capaciteit. - Electricity indexation is 4% - Discount rate is 5% - Electricity price in 2010 is € - Term of mortgage is 30 years 0,21 - Lifespan of heat pumps is 15 - Inflation is 2% yearsFigure 20 - Total cost of ownership for various capacity air source heat pumsDe totale kosten zijn ook gesimuleerd voor nog een aantal andere huizen metandere stooklijnen. Het optimale bivalentiepunt (figuur 21) lag echter altijd ergenstussen -1,5 ºC en -5 ºC. Dit is het punt waar ongeveer 95 – 97% van de jaarlijksebenodigde warmte wordt gegenereerd door de warmtepomp, de overige 5 – 3%is gegenereerd door elektrische heater. 31
  • 33. Bivalent point corner house Bivalent point apartmentFigure 21 - Bivalent selection based on capacity in relation to heating curve3.5 Vergelijking tussen verschillende warmtepompenDoor de dimensionering en analyse uit paragraaf 3.4 kunnen een aantalmodellen van fabrikanten worden geselecteerd. Omdat dit onderzoek niet gerichtis op het beoordelen van de verschillende merken onderling is de datageanonimiseerd. Aan de hand van de COP curves (annex XI) en de stooklijn vanhet hoekhuis is het jaarlijkse energieverbruik gesimuleerd. - Electricity indexation is 4% - Electricity price in 2010 is € 0,21 - Inflation is 2% - Discount rate is 5% - Term of mortgage is 30 years - Lifespan of heat pumps is 15 yearsDe gemiddelde energiekosten voor de periode 2003 – 2009 is te zien in figuur22. Er zit een verschil in energiekosten van ongeveer € 100,- tussen merk B enmerk D. Wanneer er echter naar de totale kosten over de levensduur (TCO)wordt gekeken is merk C de beste koop. Het verschil in TCO tussen merk C enmerk D is bijna € 4000.-, dit hoge verschil geeft aan dat het de moeite waard iseen goede vergelijking tussen de verschillende modellen te maken. Investment A € 6.500 B € 7.000 C € 5.730 D € 7.800 Gas boiler € 2.000 Table 13 - Investment needed 32
  • 34. Figure 22 – Corner house annual energy costFigure 23 – Corner house total cost of ownership 33
  • 35. 4 Risico’s4.1 Dimensionering van de warmtepompTijdens het ontwerp van een huis is het vaak niet te voorspellen wat voor typefamilie daar gaat wonen. Een vijfpersoonshuishouden met drie kinderen in deleeftijd van 12 – 18 jaar heeft een andere warmtebehoefte dan eeneenpersoonshuishouden. De warmteverliesberekening voor het hoekhuis isbijvoorbeeld gebaseerd op een gemiddelde bezetting van 2,5 persoon. Als dewerkelijke warmtevraag veel hoger is dan berekend zal de lucht/waterwarmtepomp veel elektrisch gaan bijstoken, dit zal leiden tot een hogeenergierekening.Een lucht/water warmtepomp met een capaciteit hoger of lager dan optimaal zaljaarlijks meer energie gebruiken dan nodig is (figuur 19). Echter, het negatieveeffect op de energierekening bij een te kleine warmtepomp is groter dan heteffect op de energierekening van een te grote warmtepomp. Hierdoor is hetverstandig om bij twijfel een iets te grote warmtepomp te kiezen. Voornamelijkwanneer de gezinssamenstelling niet bekend is en veel kan fluctueren is hetverstandig om een iets te grote warmtepomp te selecteren. De fluctuatie ontstaatvoornamelijk onder invloed van de behoefte aan warm tapwater. Door toepassingvan een zonneboiler kan deze fluctuatie worden verkleind en het risico verderbeperkt.De optimale capaciteit berekening (hoofdstuk 3, paragraaf 5) is indicatief. Het ismogelijk dat een groter model warmtepomp toch beter presteert dan een kleinermodel warmtepomp. Dit komt door de manier waarop warmtepompen veelalworden gefabriceerd; een serie bestaat uit een type condensor en verdampermet een variërend vermogen compressor. Het kleinste compressor model uit eenserie zal hierdoor een iets overgedimensioneerd condensor en verdamperhebben, dit betekent dat er een kleiner temperatuurverschil nodig is om dewarmte uit te wisselen. Omdat de efficiëntie van een warmtepomp afhankelijk isvan het temperatuurverschil tussen de verdamper en de compressor zal de COPstijgen, voor de grotere modellen in een serie is dit effect tegengesteld. Zo kanhet dat een 8 kW model uit een serie (grootste model uit een serie) slechterpresteert dan een 10 kW model uit een andere serie (kleinste model uit eenserie).4.2 Fluctuerende energierekeningenSommige jaren hebben een koude herfst of een warme lente, waardoor hetenergieverbruik van een lucht/water warmtepomp varieert. Dit wordt niet alleenveroorzaakt door de vermindering of vermeerdering in warmtevraag, ook de COPvarieert als de buitentemperatuur verandert, waardoor de warmtepomp bij eenlagere buitentemperaturen veel vermogen moet leveren met een lagerrendement. Beschouw figuur 11 uit hoofdstuk 3, 2003 had een koude herfst enwinter die is terug te vinden als veel uren tussen -8 ºC en 4 ºC. Het jaar 2007 hadeen milde winter waardoor er weinig uren tussen -8 ºC en 4 ºC maar meer urentussen 4 ºC en 18 ºC. Het effect is een lage energierekening in 2007 en eenhoge energierekening in 2003. Deze variatie in energierekeningen kan voorverwarring zorgen onder gebruikers van warmtepompen. Het is gebruikelijk datde energierekening enigszins kan variëren bij gasgestookte woningen, echter bijwarmtepompen is dit effect versterkt door de variabele COP (tabel 13). 34
  • 36. * = η gas heater 90% Average Minimum Maximum Variation Min % Max % Variation Heat pump G € 361 € 307 € 399 € 92 -14,9% 10,6% 25,50% Heat pump H € 365 € 315 € 402 € 87 -13,7% 10,2% 23,90% Heat pump I € 415 € 350 € 460 € 110 -15,7% 10,9% 26,60% Heat pump J € 354 € 307 € 391 € 84 -13,3% 10,4% 23,70% Heat pump K € 376 € 326 € 415 € 89 -13,2% 10,6% 23,80% Heat pump L € 360 € 306 € 399 € 93 -15,0% 11,0% 26,00%Natural gas heater* € 470 € 423 € 505 € 82 -9,9% 7,5% 17,40%Table 14 - Fluctuation of energy bills in the period 2003-2009De jaarlijkse energierekening in de periode 2003 – 2009 voor warmtepompenheeft een variatie van +/- 15% ten opzichte van het gemiddelde, voor eengasketel is dit ongeveer +/-10%. Als een goed jaar echter wordt gevolgd dooreen slecht jaar kan de energierekening toenemen met 25 %, voor een gasketel isdeze toename circa 15%.4.3 OnderhoudDe lucht/water warmtepomp industrie is nog volop in ontwikkeling (figuur 24).Ondanks dat warmtepompen al veelvuldig worden gebruikt in de utiliteit zijn ernog weinig individuele woning installaties te vinden in Nederland. Hierdoor is ernog geen volledig ontwikkelde en competitieve warmtepomp markt die service,onderhoud en reparaties verzorgt. Veel van de huidige bedrijven die zijn gerichtop de gasketel markt weten nog niet om te gaan met warmtepompen. Deafwezigheid van een goed gereguleerde onderhoud en reparatie markt verhoogthet risico indien problemen met de warmtepompen voordoen. Hier ligt misschieneen kans voor airconditioning onderhoudsbedrijven om zicht te positioneren in deverwarmingsmarkt. Figure 24 - Product life cycle curveEen warmtepomp heeft weinig onderhoud nodig; SenterNovem geeft aan dat deonderhoudskosten ongeveer 2% bedragen van de investeringsprijs. In iedergeval moet er 1 x per jaar een STEK controle plaatsvinden indien er meer dan3kg koelmiddel in het apparaat bevindt. Voornamelijk het schoonhouden van debuitenunit en het vrijhouden van bladeren en sneeuw is van groot belang. Eenvervuilde buitenunit zal meer energie gaan gebruiken doordat de warmtepompmeer moeite moet doen om de energie aan de omgeving te onttrekken.4.4 Garanderen van de warmtepomp kwaliteitBij de aanscherping van de EPC eis naar 0,8 in 2006 was balansventilatie metWTW de oplossing om eenvoudig en redelijk goedkoop aan de nieuwe EPC eiste kunnen voldoen. Ontwikkelaars en installateurs waren veelal op zoek naar degoedkoopst mogelijke systemen waardoor een prijzenoorlog ontstond tussenfabrikanten van WTW systemen. Deze ontwikkeling kwam de kwaliteit van de 35
  • 37. WTW systemen en zijn componenten niet ten goede. In de laatste jaren zijn erveel klachten geweest (bijvoorbeeld Vathorst) over dergelijke ventilatie systemen,waardoor het systeem een slechte naam heeft gekregen. Het effect is eenverminderde verkoop van WTW systemen, terwijl het systeem theoretisch eengroot potentieel heeft.Om hetzelfde te voorkomen bij lucht/water warmtepompen moet de installatie enkwaliteit worden gecoördineerd. Recent is project “de Teuge” in Zutphen in hetnieuws gekomen door veel hogere energierekeningen dan beloofd, de eerstenegatieve publiciteit is er al. De systemen in “de Teuge” maken weliswaargebruik van een grondbron, de meeste mensen zullen het begrip warmtepompgaan associëren met risico en hoge energierekeningen.De installateurs en fabrikanten van warmtepompen moeten in een vroeg stadiumworden betrokken bij het ontwerp en bouwproces om de kwaliteit en juistheid vanhet systeem te kunnen garanderen. Een onafhankelijke organisatie moet deprestatie en kwaliteit van lucht/water warmtepompen systemen inspecteren encontroleren. Ook de gebruikers moet worden geïnformeerd over de werking vanhet warmtepompsysteem en de voor- en nadelen van het systeem. Voorkom hetcreëren van verwachtingen die niet waargemaakt kunnen worden.4.5 GeluidDe warmtepomp wordt meestal buitenshuis gesitueerd, vaak gemonteerd tegeneen muur waar eenvoudig aan het verwarmingssysteem kan worden gekoppeld.Alle buitenunits met een ventilator produceren geluid, dit komt een klein beetjedoor de compressor, maar voornamelijk door de krachtige ventilator die debuitenlucht langs de verdamper blaast. In figuur 25 is een voorbeeld te zien vaneen Daikin Q11 warmtepomp in fluistermodus, de geluidsproductie in nog steeds42 dB(A). Source of sound Sound level in dB(A) Perception Watch ticking 10 Very quiet Airco in theater 30 Very quiet Airco in office 40 Quiet River, quiet restaurant 50 Medium Conversation 60 Loud Loud music 80 Very loud Figure 25 - Sound level perceptionOm geluidsoverlast te beperken moet het volgende worden overwogen: - Voorkom installatie van een warmtepomp direct onder of tegen een raam; - Installatie in hoeken, tussen twee muren of in een nis verhogen het geluidsniveau door reflectie; - De afstand tot een woning moet zo worden gekozen dat er ’s nachts maximaal 30 dB(A) wordt ervaren bij de dichtstbijzijnde woning (NEN 5077); - Het plaatsen van meerder buitenunits vlakbij elkaar verhoogt het geluidsniveau. Het effect op de geluidsproductie is ongeveer 3 dB(A) voor elke extra geïnstalleerde buitenunit. 36
  • 38. Figure 26 - Reduction of noise in relationto distance Figure 27 - Daikin Q11 in silent mode4.6 Elektrische aansluitingWarmtepompen kunnen problemen veroorzaken op het elektriciteitsnetwerk doorhoge belasting bij opstart en de piek capaciteit van de elektrische heater.Voornamelijk bij meerdere geïnstalleerde warmtepompen in een wijk kan hetgelijktijdig operationeel zijn problemen geven met het distributienet. Tijdenskoude winter dagen waarbij de buitentemperatuur onder de -5 ºC komt kan degelijktijdigheid van lucht/water warmtepompen circa 90% zijn. Hierdoor moet ermet een veel grotere gelijktijdigheid rekening worden gehouden als bij normalewoningen (figuur 28).Figure 28 - Simultaneity demand for average household and 10kW heat pumpDoor deze hogere gelijktijdigheid moet het elektrische netwerk zwaarder wordenuitgevoerd. De kosten voor deze netwerkverzwaring is circa € 2000,- perhuishouden (tabel 14, onderzoek door Stedin). Normal electricity network Heat pump ready network Per 1400 dwelling 1400 dwellings Per dwelling dwellings Low voltage net € 1.000 € 1.400.000 € 2.000 € 2.800.000Middle voltage net - - € 1.000 € 1.400.000Table 15 - Price of normal and heat pump ready network. (Source: Stedin)De meeste lucht/water warmtepompen in de woningmarkt hebben elektrischeheater voor legionella preventie. Sinds het incident bij een bloemenbeurs in 37
  • 39. Bovencarspel zijn er strenge preventiemaatregelen tegen legionella inNederland. Bij de installatie van meerdere warmtepompen in een woonwijk moetrekening worden gehouden met de hoge gelijktijdigheid die kan voorkomen, ermoet getracht worden de legionella preventie op verschillende tijden te latenplaatsvinden. Ook het tapwater bedrijf, vullen van de buffer, moet wordengecoördineerd om grote gelijktijdigheden te voorkomen. Er zijn al fabrikanten diespeciale software hebben ontwikkeld om dit te coördineren. De ontwikkeling vaneen smartgrit wordt hierdoor steeds belangrijker.Om hoge gelijktijdigheid en voltage fluctuatie te voorkomen moet het volgendeworden overwogen: - Softstarters om de startstroom te verdelen; - Lage koppel compressoren; - Drie fase aansluiting; - Speciale software voor gelijktijdigheid coördinatie (smardgrit); - Ga bij de start van het bouwproces het gesprek aan met de netwerkbeheerder; 38
  • 40. 5 OntwerpvoorwaardenHet ontwerp en de bouw van een huis start met het kopen van de bouwgrond. Delocatie van een gebouw heeft al invloed op het energiegebruik. Vrijwel elke kleinewijziging in een gebouwontwerp heeft invloed op de energie die het zalgebruiken. Dit hoofdstuk geeft enkele aanwijzingen die in overweging genomenmoeten worden bij het bouwen van een gebouw/woning met lucht/waterwarmtepompen.5.1 OntwikkelaarBeslis in een vroeg stadium van een project welke energieprestaties er gehaalddienen te worden. Vraag een adviseur en architect om zo vroeg mogelijk in hetontwerp proces te gaan samenwerken om tot een zo optimaal mogelijkbetrouwbare energie voorziening te komen. Hierdoor verbeterd de prestatie enkwaliteit van moderne technieken die gebruikt worden in energie efficiëntewoningen. In moderne bouwprocessen wordt ketenintegratie steeds belangrijkerom de complexe opgave op een goede manier met zo minmogelijk risico’s tekunnen managen.Bepaal hoe de energieprestatie gemeten gaat worden. Overweeg hetsamenstellen van een gespecialiseerd inspectieteam dat kan bepalen of woningvolgens ontwerp zijn gebouwd en voldoen aan de energetische eisen. Blik terugop het ontwerp en bepaal de impact van veranderingen op het ontwerp zoveelmogelijk. Een lucht/water warmtepomp in een woning die slechter is geïsoleerddan vooraf gespecificeerd zal meer zijn elektrische heater moeten gebruiken,waardoor het jaarrendement van de warmtepomp afneemt. Een lager rendementbetekent hogere energierekeningen.De oriëntatie van een woning heeft effect op het energiegebruik en het potentieelvoor het gebruik van zonne-energie. Laat een adviseur de optimale oriëntatie vande woningen bepalen, waarbij rekening wordt gehouden met warmtelast, koellasten zonne-energie.Werk samen met ervaren bouwpartners die hun leergeld al hebben betaald inandere projecten. Stel zo vroeg mogelijk een team samen om integraal te kunnenontwerpen, hierdoor kan de bouwtijd en bouwkosten worden verminderd.5.2 ArchitectuurHet gebruik van betonnen tunnelbouw of hout skeletbouw beïnvloedt hetenergiegebruik van een woning (figuur 29). Een zwaar gebouw gebruikt meerenergie tijdens de winter en zomer, maar minder energie tijdens de lente enherfst. Een meer gelijkmatig verdeelde warmtelast gedurende een jaar voor lichtebouw heeft een positief effect op het rendement van een lucht/waterwarmtepomp vergeleken tot zware bouw. Dit wordt veroorzaakt door de hogeretemperaturen tijdens de lente en herfst (hoge COP) dan in de winter. Eenverschuiving van de warmtevraag van de winter naar de lente en herfst betekenteen vermindering van de energierekening. Bij het gebruik van lucht/waterwarmtepompen is het verstandig om licht te bouwen zoals hout skelet bouw. 39
  • 41. Figure 29 - The effect of thermal mass on annual heating demandMaak gebruik van de beschikbare zone-energie tijdens de winter (lage zon) enhoud de zon buiten tijdens de zomer (hoge zon) door gebruik te maken vanoverhangende zonweringen, diepe negge en glas dat vooral horizontaaloppervlak in de gevel heeft waar het nu vooral vertikaal in de gevel wordtgeprojecteerd. Als voorbeeld zou je het raam dat nu van vloer tot plafond staateen kwartslag kunnen kantelen om de overmatige warmtelast in de zomer tebeperken.Aanbevelingen voor de plaatsing en omgeving van de buitenunit - De warmtepomp moet van minstens drie kanten vrij benaderbaar zijn voor onderhoud; - De lucht in- en uitlaat moet vrij zijn van obstakels. De lucht verlaat de buitenunit ongeveer 5 ºC kouder dan de buitenlucht, voorkom daarom een luchtuitlaat richting een muur; - Installeer een warmtepomp niet in een gat of verlaging. Koude lucht zal dalen en zich in de verlaging verzamelen. Hierdoor ontstaat een lucht kortsluiting en zal de warmtepomp meer energie gaan gebruiken. Een (kleine) verhoging voor de plaatsing van de warmtepomp is geadviseerd. - Een condensafvoerleiding van de warmtepomp naar een hemel water afvoer systeem kan klachten en problemen voorkomen. Tijdens de winter kan opgevroren condens gevaarlijke gladde plekken vormen. In de herfst en lente wordt de condens een voedingsbodem voor algen.Aanbevelingen voor de installatie van een buitenunit - Wanneer een buitenunit binnen wordt opgesteld moet deze worden voorzien van ventilatieroosters om de lucht af en aan te kunnen voeren. De plaatsing in een hoek van een technische ruimte is geadviseerd om kortsluiting van de lucht te voorkomen De roosters komen dan in twee haaks op elkaar geprojecteerde geveldelen; - Wanneer de luchtroosters naar het dak wordt verplaatst moet rekening worden gehouden met de maximale opvoerhoogte van de ventilator; - Een condensatieleiding moet worden aangebracht naar de warmtepomp unit.5.3 Energie adviseurDimensioneer de warmtepomp op een degelijke warmteverliesberekening, een teklein of te groot gedimensioneerde warmtepomp zal onnodig veel energiegebruiken. 40
  • 42. Het is voor de adviseur belangrijk om in een vroeg stadium betrokken te raken bijhet ontwerpen van de woning en de verwarmingsinstallatie, adviseer de architecten de ontwikkelaar over de aanwijzingen in voorgaande paragrafen. Betrek deverschillende fabrikanten en/of leveranciers van warmtepompen bij hetontwerpproces, soms kunnen kleine specificatieverschillen samen met specifiekontwerp van een gebouw grote kwaliteitsverschillen veroorzaken.Vloerverwarming kan er voor zorgen dat de drinkwaterleidingen niet zomaaroveral in de vloer kunnen liggen. Dit betekend dat in het ontwerp van dewoningplattegrond hier al rekening mee moet worden gehouden. De architectkan samen met de installatie- en energieadviseur in het schetsontwerp alrekening houden met deze aspecten van een energetisch zo zuinig mogelijkontworpen gebouw.Ontwerp een gereedschap / software waarmee de selectie van de bestewarmtepomp voor het specifieke ontwerp van de woning vereenvoudigd wordt.5.4 InstallateursMonitor de kwaliteit van een system gedurende de bouw. Wanneer eenverandering wordt aangebracht in het gebouw ontwerp of verwarmingssysteem ishet verstandig om dit aan te geven bij het ontwerpteam. Betrek de fabrikant bijhet ontwerp van het verwarmingssysteem.5.5 FabrikantenHet monitoren van warmtepomp systemen is de enige manier om de werkelijkeprestatie en efficiëntie van het systeem te bepalen. Als er problemen ontstaanmet onnodig veel energieverbruik kan eenvoudig de oorzaak van het probleemworden bepaald.Houd rekening met het energieverbruik tijdens stilstand en zomerperiodes,voornamelijk de carterverwarming en de plaatverwarming kunnen een groteinvloed hebben op het rendement van het systeem. Er is nog veel energie tewinnen in het optimaliseren van deze systemen.Raak betrokken in het ontwerpproces van het verwarmingssysteem voor dewoningen, adviseer installateurs en energie adviseurs. Maakontwerpvoorwaarden en communiceer dit met de branche verenigingen enonderzoeksinstituten als ISSO, NEN en TNO.Probeer de ontwerpers en adviseurs met het ontwikkelen van eensoftwaregereedschap waardoor het mogelijk is een wel overwogen keuze temaken voor het beste systeem in een bepaalde woning. Ook wanneer ditbetekent dat een concurrerend product misschien beter geschikt is voor eenbepaalde situatie, het vertrouwen van consumenten is makkelijk te verliezen. Eenbeschadiging van consumenten vertrouwen zal de verkoop en ontwikkeling vanwarmtepompen vertragen. 41
  • 43. 6 Conclusies en aanbevelingenHet doel van dit onderzoek was om te bepalen of lucht/water warmtepompen eenoptie zijn voor de verwarming van woningen in Almere Hout Noord. Verder moestworden uitgezocht hoe het potentieel maximaal kan worden benut en welkedingen je vooral niet of wel moet doen. Enkele sleutelelementen waren hetonderzoek naar de werking van een lucht/water warmtepomp, het optimaliserenvan de prestatie van de warmtepomp en welke risico’s en ontwerpvoorwaardenmoeten worden overwogen.Met lucht/water warmtepompen is het mogelijk om ten opzichte van gasketels67% te besparen op de CO2 uitstoot. Het is ook mogelijk om te besparen op deenergierekening, de marges zijn echter klein.Het beste warmtepomp system is een frequentiegeregelde warmtepomp diezowel de verwarming van het huis verzorgt als het warme tap water.Zonne-energie kan een bijdrage leveren aan het verlagen van de energievraagvan een woning. Rekening houdend met de terugverdientijd is een 2,19 m²zonnecollector de beste optie voor een vierpersoonshuishouden. Wanneer erinvesteringsruimte beschikbaar is kan worden overwogen PV panelen toe tepassen.Het beste afgiftesysteem is vloerverwarming in de huiskamer met een extra LTradiator voor snelle regeling. De slaapkamers en studeerkamers kunnen hetbeste worden uitgevoerd met LT radiatoren. Met dit systeem heb je het voordelvan het thermische comfort van de vloerverwarming en de snelle reactie van LTradiatoren.Gebruik bij het dimensioneren van een warmtepomp systeem een bivalentiepunttussen de -1,5 ºC en – 5 ºC om een optimaal presterend systeem te krijgen. Opdeze manier wordt slechts 5 – 3% van de jaarlijkse warmtevraag door deelektrische heater verzorgd.Er is nog ontwikkeling en onderzoek nodig om de risico’s van lucht/waterwarmtepompen te reduceren. Voornamelijk de geluidsproductie van de buitenunitis een reden tot zorg.AanbevelingenGebruik de aanwijzingen uit dit onderzoek om op kleine schaal een aantalwoningen te voorzien van een warmtepomp systeem. Bijvoorbeeld 5 to 10woningen met verschillende merken en systeemontwerpen. Monitor de prestatievan de systemen en deel de informatie uit de test met fabrikanten, ontwikkelaars,installateurs en adviseurs. Onderzoek hoe de bewoners het systeem ervaren enbekijk mogelijkheden voor verbetering. Grootschalige uitrol van dezewarmtepompsystemen vergt optimale ketenintegratie en de bereidheid vanpartijen om te investeren in de ontwikkeling die nodig is om de grootschaligeuitrol met minimale risico’s te kunnen doen.Verder onderzoekEr moet een software pakket worden ontwikkeld om de verschillendewarmtepomp merken en modellen met elkaar te kunnen vergelijken.www.liveheatpump.be is een mooi voorbeeld van monitoren wat navolging vanandere fabrikanten verdiend. 42
  • 44. Persoonlijke informatieExecutor o Organization: Hogeschool Utrecht o Name: Edwin van Noort o Street: Valentijnkade 43-II o Place: 1095JJ Amsterdam o Tel: 0620401580 o e-mail: e.vannoort@gmail.comScientific guide o Organization: Hogeschool Utrecht o Name: Roelant Zoete o Street: Oudenoord 700 o Place: 3513EX Utrecht o Tel: 0653371021 o e-mail: Roelant.Zoete@hu.nlInitiator o Organization: Ymere – Technische Project Begeleiding o Name: Yuri Pelser o Street: Huys Azië, Jollemanhof 8 o Place: 1019 GW Amsterdam o Tel: 0652493635 o e-mail: yuri.pelser@ymere.nl 43
  • 45. ReferentiesARUP. (2010). The mythe thermische massa. AmsterdamBlok. K. (2007) Introduction to Energy Analysis. UtrechtElling, R., Andeweg, B., de Jong, J., Swankhuisen, C., (2004)Rapportagetechniek. GroningenFeuvre, Le, P. (2007) An Investigation into Ground Source Heat PumpTechnology, its UK Market and Best Practice in System Design. University ofStrathclyde.Grit, Roel. (2005). Project management. Groningen/Houten.Karlsson, F. (2007) Capacity control of residential heat pump heating systems.Göteborg, SwedenKnoll, W.H. (2002). ISSO Handboek Installatie Techniek. Rotterdam.Ross, C. (2008). Air Source Heat Pump Installation Performance Review, finalthesis. University of Strathclyde.Smithmyer. G. (2009) Dedicated Outdoor Air and Ground Source Heat PumpSystem Redesign Analysis. Morgantown, West Virginia 44
  • 46. AnnexAnnex I Mindmap ........................................................................................ 46Annex II Insulation values Ymere................................................................. 47Annex III ISSO 59 – Paragraph 3.4.2.3 ......................................................... 49Annex IV Solar collector profit versus cost..................................................... 51Annex V Photo Voltaic profit versus cost ...................................................... 52Annex VI Senter Novem Reference House Layout ........................................ 53Annex VII Senter Novem reference appartement layout ................................. 54Annex VIII COP curves for average heat pumps 35 °C................................ 55Annex IX COP curves for average heat pumps 55 ° ................................... 56 CAnnex X KNMI temperature files .................................................................. 57Annex XI COP curves heat pumps during heating 35 °C............................... 59 45
  • 47. Annex I
  • 48. Annex II Insulation values Ymere 4
  • 49. 48
  • 50. Annex III ISSO 59 – Paragraph 3.4.2.3 49
  • 51. 50
  • 52. Annex IV Solar collector profit versus costFigure 30 - Cost versus profit for solar collector (4% electricity indexation)Figure 31 - Cost versus profit for solar collector (8% electricity indexation)Figure 32 - Cost versus profit for solar collector (8% electricity indexation) 51
  • 53. Annex V Photo Voltaic profit versus costFigure 33 - Cost versus profit for photo voltaic (4% electricity indexation)Figure 34 - Cost versus profit for photo voltaic (4% electricity indexation) 52
  • 54. Annex VI Senter Novem Reference House Layout 53
  • 55. Annex VII Senter Novem reference appartement layout 54
  • 56. Annex VIII COP curves for average heat pumps 35 °C 55
  • 57. Annex IX COP curves for average heat pumps 55 °C 56
  • 58. Annex X KNMI temperature files 57
  • 59. 58
  • 60. Annex XI COP curves heat pumps during heating 35 °C 59

×