Lucht/water warmtepompen voor Almere Hout Noord

door Edwin van Noort in opdracht van Ymere, in samenwerking met de Hogeschool Utrecht, januari 2011

i

Ymere

Onderzoek naar lucht/water warmtepompen voor de woonwijk

Almere hout Noord

3 januari 2011, Amsterdam

J.H.E. (Edwin) van Noort

ii

Auteursrechten: Het bestuur van de Stichting Hogeschool Utrecht te Utrecht aanvaardt geen enkele aansprakelijkheid voor schade voortvloeiende uit het gebruik van enig gegeven, hulpmiddel, werkwijze of procedure in dit verslag beschreven. Vermenigvuldiging zonder toestemming van de auteur(s) en de school is niet toegestaan. Indien het afstudeerwerk in een bedrijf is verricht, is voor vermenigvuldiging of overname van tekst uit dit verslag eveneens toestemming van het bedrijf vereist.

iii

Voorwoord

Duurzaamheid is een actueel thema. Inmiddels is het wel een containerbegrip geworden

waar van alles onder valt te scharen. Het is dus zaak om duurzaamheid betekenis te

geven. Het Engelse begrip “sustainability” dekt het best de lading want wat ons betreft

gaat duurzaamheid over kwaliteit. We willen duurzaamheid niet verengen tot een

milieudiscussie 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 component

We doen in woningen, maar zijn er voor mensen. De kern van sociale duurzaamheid is

dat 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 heeft

uitgevoerd is deze energie al voelbaar geweest. Ymere en de Hogeschool Utrecht

trokken in dit onderzoek samen op met invloedrijke marktpartijen en kennisinstituten.

Samen worden de juiste vragen gesteld en de juiste inzichten gecreëerd. Door samen te

werken, kennis te ontwikkelen en kennis te delen ontstaat vooruitgang.

Vanzelfsprekend zijn sociaal duurzame wijken ook duurzaam in de klassieke betekenis

van het woord. Van een maatschappelijk ondernemer mag worden verwacht dat hij of zij

meer dan gemiddeld op de lange termijn is gericht. Dat geldt zeker voor Ymere, omdat

wij ons voor lange tijd committeren aan onze huurwoningen en wijken. Het is van groot

belang dat de woningen en wijken die we nu realiseren ook na jaren nog aansluiten bij de

wensen en de woonlasten van onze doelgroep. Dat vraagt nadrukkelijk aandacht voor

onderwerpen 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 lezen van dit rapport bij u opkomen. Ik zal mijn best doen uw vragen te beantwoorden of u uit te nodigen om samen een antwoordt te vinden. Met vriendelijke groet, Ymere ing Y (Yuri) Pelser Energie- en installatietechnisch adviseur Postbus 2961, 1000 CZ Amsterdam

T: 088 000 89 00 E: y.pelser@ymere.nl I: www.ymere.nl

���� Please consider the environment before printing this document.

iv

Dankwoord

De oorspronkelijke scriptie is in het Engels geschreven. Op aanvraag is een digitaal Engels 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 the project. Roelant Zoete and Rob Plas of Hogeschool Utrecht for supervising the study and offering advice and guidance. To Ymere, Yuri Pelser for the assignment, advice and guidance during the project. Al the people that are not specifically mention bud were off great help ant support (You know, if you’re one of them). To the following companies which 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)

• ISSO

Ing. J.H.E. (Edwin) van Noort

v

Summary Ymere and the city Almere will in the next ten years develop the residential area Almere Hout Noord. The ambitious targets of this area is a CO2 neutral and energy independent neighborhood with an EPC demand of 0,4. Because of the area’s limitations an investigation into air source heat pumps was needed to establish if air source heat pump concepts are worth to consider as a residential heating option. Air source heat pumps have the potential to reduce CO2 emissions associated with domestic space and hot water requirements. The energy cost and CO2 emissions reduction potential of these systems will only be achieved if they are designed properly. Efficient and reliable operation is required, not damaging fragile 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 energy costs are thin; approximately 10% compared to high efficiency natural gas heaters. Because of these thin margins, a proper optimal dimensioned heat pump system is needed. The highest potential is an inverter controlled air source heat pump with an electric auxiliary heater, extended with a solar collector and/or photo voltaic to further increase the reduction potential. The distribution system should consist of a floor heating systems with additional low temperature convectors. The heat pumps market is still at the beginning of its potential. Further research and development of air source heat pumps is needed to reduce the risks involved with air source heat pump systems.

vi

Samenvatting Ymere en de stad Almere ontwikkelen de komende tien jaar de woonwijk Almere hout Noord. Het doel is een CO2 neutrale en energie onafhankelijke woonwijk te creëren met op woningniveau een EPC van 0,4. Door de beperkingen van het gebied is een onderzoek nodig om te bepalen of lucht/water warmtepompen een reële optie zijn voor het verwarmen van de woningen in de woonwijk. Lucht/water warmtepompen hebben het potentieel om de CO2 emissies die geassocieerd worden met ruimteverwarming en tapwater verwarming te reduceren. De energiekosten en CO2 emissie besparing zal echter alleen behaald worden als de lucht/water warmtepompen op de juiste manier worden ontworpen. Een efficiënte en betrouwbare werking is nodig om het consumentenvertrouwen niet te beschadigen. Het is mogelijk om de CO2 emissie met circa 67% terug te dringen als wordt vergeleken met traditionele HR gasketels. De marge voor het besparen op energiekosten is echter klein; ongeveer 10 – 20% ten opzichten van HR gasketels. Door deze kleine marge is het belangrijk dat er een degelijk goed ontworpen warmtepomp systeem wordt geïnstalleerd. Het hoogste potentieel kan worden behaald door het toepassen van een frequentiegeregelde lucht/water warmtepomp met een elektrische heater, aangevuld met een zonnecollector en eventueel PV panelen. Het afgifte systeem moet bestaan uit een vloerverwarming aangevuld met LT radiatoren. De warmtepompmarkt staat nog aan het begin van zijn ontwikkeling. Verder onderzoek en ontwikkeling is nodig om de risico’s geassocieerd met lucht/water warmtepompen te beperken.

7

Inhoudsopgave

Auteursrechten:....................................................................................................... ii

Voorwoord.............................................................................................................. iii

Dankwoord............................................................................................................. iv

Summary.................................................................................................................v

Samenvatting ......................................................................................................... vi

Figuurlijst.................................................................................................................9

Tabellijst..................................................................................................................9

Inleiding.................................................................................................................10

Inleiding.................................................................................................................10

Leeswijzer .............................................................................................................11

1 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 ..........................................14

2 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.........................................................25

3 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

8

3.5 Vergelijking tussen verschillende warmtepompen......................................32

4 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.............................................................................37

5 Ontwerpvoorwaarden.....................................................................................39

5.1 Ontwikkelaar ...........................................................................................39

5.2 Architectuur.............................................................................................39

5.3 Energie adviseur .....................................................................................40

5.4 Installateurs.............................................................................................41

5.5 Fabrikanten.............................................................................................41

6 Conclusies en aanbevelingen.........................................................................42

Persoonlijke informatie ..........................................................................................43

Referenties............................................................................................................44

Annex....................................................................................................................45

Annex I Mindmap............................................................................................46

Annex II Insulation values Ymere.....................................................................47

Annex III ISSO 59 – Paragraph 3.4.2.3 .............................................................49

Annex IV Solar collector profit versus cost.........................................................51

Annex V Photo Voltaic profit versus cost ..........................................................52

Annex VI Senter Novem Reference House Layout ............................................53

Annex VII Senter Novem reference appartement layout .....................................54

Annex VIII COP curves for average heat pumps 35 °C....................................55

Annex IX COP curves for average heat pumps 55 °C .......................................56

Annex X KNMI temperature files ......................................................................57

Annex XI COP curves heat pumps during heating 35 °C...................................59

9

Figuurlijst Figure 1 - Location of Almere Hout Noord (marked yellow) ...................................10

Figure 2 - Principle of a heat pump........................................................................12

Figure 3 - Pressure enthalpy diagram with compression cycle ..............................13

Figure 4 - Bivalent mono-energy (left) and monovalent (right) operation ...............14

Figure 5 - Energy prices historical (solid lines) and forecast (marked)...................16

Figure 6 - Trias Energetica ....................................................................................17

Figure 7 - Heating curve for the corner house and apartment................................18

Figure 8 - Typical solar collector installation ..........................................................19

Figure 9 - Sun orientation and inclination ..............................................................21

Figure 10 - Hydronic radiant floor ..........................................................................22

Figure 11 - Vertical temperature gradient ..............................................................22

Figure 12 - Reaction of LT convectors...................................................................23

Figure 13 - Reaction of radiant heating..................................................................23

Figure 14 - Combination of floor heating with LT convectors .................................24

Figure 15 - System lay-out used for simulation......................................................27

Figure 16 - Temperature frequency De Bilt (Netherlands) for 2003 and 2007........28

Figure 17 - Load duration curve corner house versus apartment...........................28

Figure 18 - Ice at a Carrier air source heat pump ..................................................29

Figure 19 - Annual energy cost for various capacity heat pumps...........................30

Figure 20 - Total cost of ownership for various capacity air source heat pums .....31

Figure 21 - Bivalent selection based on capacity in relation to heating curve ........32

Figure 22 – Corner house annual energy cost.......................................................33

Figure 23 – Corner house total cost of ownership .................................................33

Figure 24 - Product life cycle curve ......................................................................35

Figure 25 - Sound level perception........................................................................36

Figure 26 - Reduction of noise in relation to distance ............................................37

Figure 27 - Daikin Q11 in silent mode....................................................................37

Figure 28 - Simultaneity demand for average household and 10kW heat pump ....37

Figure 29 - The effect of thermal mass on annual heating demand .......................40

Figure 30 - Cost versus profit for solar collector (4% electricity indexation) ...........51

Figure 31 - Cost versus profit for solar collector (8% electricity indexation) ...........51

Figure 32 - Cost versus profit for solar collector (8% electricity indexation) ...........51

Figure 33 - Cost versus profit for photo voltaic (4% electricity indexation) .............52

Figure 34 - Cost versus profit for photo voltaic (4% electricity indexation) .............52

Tabellijst Table 1 - Emission factors used in EPC calculation using NEN 5128 ....................15

Table 2 - Heat loss SenterNovem reference houses .............................................18

Table 3 - Cost for solar collector installation ..........................................................19

Table 4 - Actual reduction factor for air source heat pumps...................................20

Table 5 - Cost per reduced kWh and tons CO2 with a solar collector.....................20

Table 6 - Cost per reduced kWh and tons CO2 with photo voltaic .........................21

Table 7 - Underfloor heating power .......................................................................22

Table 8 - Dutch hot tap water comfort classes.......................................................24

Table 9 - Volume of boiler needed for number of person living in the dwelling (ISSO-72)..............................................................................................................25

Table 10 - Hot tap water demand for dwelling occupancy (ISSO-72).....................25

Table 11 - Energy used for hot water supply with a 10 kW air source heat pump ..25

Table 12 - Energy cost for day and night operation and single and double tariff ....26

Table 13 - Investment needed...............................................................................32

Table 14 - Fluctuation of energy bills in the period 2003-2009...............................35

Table 15 - Price of normal and heat pump ready network. (Source: Stedin) ..........37

10

Inleiding Voordat de VN-klimaattop van start ging in Cancun op 29 november 2010, publiceerde het gerenommeerde onderzoeksinstituut Maplecroft een studie naar de CO2 emissies van 183 landen. De studie identificeerde Nederland als nummer vijf van 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 is dus nog een hoop werk te doen om de energie efficiëntie en CO2 uitstoot van Nederland te verbeteren. Het verwarmen en tapwater verbruik heeft een aandeel van 19% in Nederlands totale CO2 emissie. Om aan het Europese verdrag op CO2 te kunnen voldoen heeft de Nederlandse overheid in 1995 de EPC (Energie Prestatie Coëfficiënt ) voor nieuwbouwwoningen geïntroduceerd. Deze EPC indexeert het energiegebruik van nieuwbouwwoningen, gelet op energie voor verwarming, tap water en verlichting, in relatie tot het gebruiksoppervlak. In 2006 is de EPC eis aangescherpt naar 0,8, aan de 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 neutraal

In de komende tien jaar zal Ymere samen met de gemeente Almere het woongebied Almere Hout Noord ontwikkelen (figuur 1). Het doel is een CO2 neutrale en energie onafhankelijke wijk. Verder is het gebied door minister Eimert van Middelkoop (Wonen, Wijken en integratie) aangewezen als excellent gebied, hierdoor moet er nu al een EPC eis van 0,4 gerealiseerd moeten worden. Deze ambitieuze doelstellingen vergen het toepassen van duurzame maatregelen, het gebied 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 bodem warmtepompen worden toegepast. Om toch aan de duurzame doelstellingen te kunnen voldoen is een energie concept met lucht/water warmtepompen onderzocht. Dit rapport tracht te bepalen of een lucht water warmtepomp een waardig alternatief is voor de verwarming van een woning. Verder is onderzocht hoe het potentieel maximaal kan worden benut, wat de do’s en don’ts zijn en welke risico’s bij lucht water warmtepompen gewogen moeten worden.

Figure 1 - Location of Almere Hout Noord (marked yellow)

11

De afdeling “Gebied en Projectontwikkeling” van Ymere heeft opdracht gegeven om met dit rapport de kans op onverwachte kosten en problemen bij het toepassen van lucht/water warmtepompen te onderzoeken. Er is een samenwerking met de Hogeschool Utrecht aangegaan om een student de gelegenheid te geven zich te verdiepen in het onderwerp. Om structuur aan te brengen in het onderzoek is er een mindmap (Bijlage I) en planning (Bijlage 2) gemaakt.

Leeswijzer In hoofdstuk 1 wordt de achterliggende theorie van warmtepompen besproken. De werking van een warmtepomp wordt besproken en de begrippen COP en SPF worden geïntroduceerd. Verder is een algemene beschrijving gegeven van het potentieel op CO2 uitstoot vermindering en besparing op de energierekening. Hoofdstuk 2 behandeld de overige onderdelen van een energieconcept met lucht/water warmtepompen die van invloed kunnen zijn op het energieverbruik van een woning. De “trias energetica” wordt geïntroduceerd als gids voor energiebesparing en een beschrijving van het model huis met isolatie waarden is gegeven. Verder worden de mogelijkheden voor het gebruik van zonne-energie besproken. De variabelen voor het vergelijken van warmtepompen worden behandeld in hoofdstuk 3. Het hoofdstuk begint met klimaat bestanden die worden gebruikt en hoe variabelen als COP curven, stooklijnen en start/stop zijn gebruikt in de simulatie. Daarna wordt door verschillende verwarmingscapaciteiten van warmtepompen te simuleren de het optimum bepaald in relatie tot de kosten. Uitgaande van de optimale capaciteit wordt tenslotte een vergelijking gemaakt tussen verschillende merken warmtepompen. Hoofdstuk 4 behandeld de risico’s die in overweging genomen moeten worden bij het toepassen van lucht/water warmtepompen. Het risico van een fluctuerende energie rekening wordt beschreven en hoe verkeerd gebruik kan leiden tot een hoge energierekening. Verder wordt de geluidsproductie behandeld, en opties gegeven om deze risico’s te bepreken. Ook is de invloed op de elektrische aansluiting 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 het belangrijk is om integraal te ontwerpen om de werken en kwaliteit van lucht/water warmtepomp systemen te garanderen. Ten slotte behandeld hoofdstuk 6 de belangrijkste conclusie die getrokken kunnen worden aan de hand van de informatie uit de voorgaande hoofdstukken. Verder worden er aanbevelingen gegeven voor verder onderzoek naar lucht/water warmtepompen.

12

1 Lucht water warmtepomp technologie

1.1 Wat is een lucht water warmtepomp?

Ondanks dat lucht van -10 °C koud aanvoelt, bevat het nog steeds warmte. Alles boven het absolute minimum van -273,15 °C (0 Kelvin) bevat energie die ontrokken kan worden. Een warmtepomp is een apparaat dat warmte verplaats van een laag temperatuur bron naar een afgifte systeem met een hogere temperatuur. Dit afgifte systeem kan vloerverwarming, een radiator of warm tap water zijn. De lucht/water warmtepomp gebruikt buitenlucht of ventilatielucht als bron. Afhankelijk van de druk verandert een koelmiddel van fase bij verschillende temperaturen. Dit principe maakt het mogelijk om te verdampen op een lage temperatuur en een lage druk en te condenseren op een hoge temperatuur en hoge druk. Verdampen onttrekt energie van een lagere temperatuur warmtebron en condenseren geeft het af aan een hogere temperatuur afgifte systeem. Figuur 2 hieronder geeft het basisprincipe weer van een warmtepomp.

Figure 2 - Principle of a heat pump

Het gas wordt door de compressor (1) gecomprimeerd, wat de druk en de temperatuur van het gas doet verhogen. Dan gaat het hete gas door een warmtewisselaar, de condensor (2), waar het zijn warmte afgeeft aan het koudere afgifte systeem. Hierdoor condenseert het hete gas tot een vloeistof. De vloeistof gaat dan door het expantie ventiel (3) waar de druk wordt gereduceerd, hierdoor wordt de temperatuur en het kookpunt van het koelmiddel verlaagd. In de verdamper (4) absorbeert het koude koelmiddel energie van de warmere bron waardoor het koelmiddel verdampt. Hierna begint de cyclus opnieuw door het comprimeren van het gas door de compressor. Het verwarmingvermogen van de warmtepomp is het onttrokken vermogen van de warmtebron plus de energie die in het koelmiddel is gestopt door de compressor.

13

1.2 Het verschil tussen COP en SPF

The warmtepomp cyclus zoals beschreven in figuur 2 wordt vaak getekend in een druk-enthalpie diagram (figuur 3) omdat het proces bestaat uit twee constante drukken en een constante enthalpie.

Figure 3 - Pressure enthalpy diagram with compression cycle

Het grote voordeel kan eenvoudig aangetoond worden door een voorbeeld. Tc = arbeid door compressie = h3 – h2 = 390 – 300 = 90 kJ/kg Th= warmte afgifte van condensor = h3 – h4 = 390 – 140 = 250 kJ/kg COP = bruikbare warmte (Th) / arbeid door compressor (Tc) = 250 / 90 = 2.77 Hierdoor kan door elke kW energie die door de compressor wordt gebruikt 2,77 kW aan warmte door de condensor worden afgegeven. De efficiëntie van dit proces wordt uitgedrukt als de “Coefficient of Performance” (COP). Een meer realistische COP is echter de warmteafgifte gedeeld door de totale elektrische energie gebruikt door de compressor en overige elektrische componenten.

: Warmte afgegeven

: Elektrische energie gebruikt

Voor het berekenen van de prestaties van een warmtepomp is het echter nog belangrijker om de efficiëntie van het systeem over een langere periode te nemen, ook wel de “Seasonal Performance Factor” (SPF) genoemd. Het bereken van deze SPF vereist informatie over de verschillende vermogensvragen en brontemperaturen.

14

1.3 Type bedrijfswijzen voor warmteopwekking

Een lucht-water warmtepomp kan met verschillende bedrijfswijzen worden uitgevoerd.

- 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 warmtepomp

Door de beperkingen in Almere Hout Noord, kan er alleen een monovalente (figuur 4 rechts) warmtepomp worden gebruikt of een bivalente warmtepomp (figuur 4 links) met een elektrisch element (bivalent mono energetisch).

Figure 4 - Bivalent mono-energy (left) and monovalent (right) operation

1.4 Frequentie geregelde warmtepompen

Het aan en uit schakelen van een warmtepomp heeft een grote invloed op het rendement van een warmtepomp, als een warmtepomp inschakelt duurt het namelijk even voordat de warmtepomp op zijn maximale efficiëntie (COP) in bedrijf is. Sommige modellen hebben om dit effect te verminderen een extra buffer, de laatste tijd wordt er door de grote merken echter veelal een frequentieregelaar toegepast. Een warmtepomp met een frequentieregelaar kan de compressor terugtoeren waardoor het opgenomen en afgenomen vermogen afneemt. Doordat het af te geven vermogen afneemt kan de warmtepomp een kleiner temperatuurverschil over de condensor en verdamper hanteren, het totale temperatuurverschil over de compressor daalt hierdoor ook waardoor de COP toeneemt. De extra ruimte die nodig is voor een niet frequentie geregelde warmtepomp is een groot nadeel. Deze ruimte kan anders worden verkocht of verhuurd, in de Nederlandse huizenmarkt de ruimte beperkt is en de prijzen zijn hoog. Door dit nadeel en de betere efficiëntie van een frequentiegeregelde warmtepomp zullen de niet frequentiegeregelde warmtepompen niet verder in dit rapport behandeld worden.

1.5 Voordelen van een lucht-water warmtepomp

Warmtepompen kunnen niet zondermeer als een duurzame technologie worden beschouwd. De compressor en andere elektrische componenten gebruiken immers elektriciteit die over het algemeen met fossiele brandstoffen worden opgewekt. Als

15

de elektriciteit echter wordt opgewekt met windmolens of zonne-energie, kan de combinatie van technieken wel duurzaam worden genoemd. De meest gebruikte gasketel in nieuwbouwwoningen op dit moment is de HR107 gasketel. Een typisch hoekhuis dat is goed geïsoleerd geeft een jaarlijks energieverbruik van circa 27 GJ voor verwarming en warm tap water. Door gebruik te maken van de CO2 emissie factoren die gebruikt worden in de EPC berekeningen (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 coals

0,094

External heat delivery with oil 0,0730

Waste incineration 0,0314 Table 1 - Emission factors used in EPC calculation using NEN 5128

Voor de gasketel (jaarlijkse efficiëntie van 85%) is de jaarlijks uitgestoten CO2:

Voor de lucht-water warmtepomp die wordt gebruikt voor verwarming en warm water (SPF is ongeveer 3) is de hoeveelheid uitgestoten CO2:

De CO2 uitstoot vermindering in dit voorbeeld is ongeveer 67% vergeleken met een HR107 gasketel. Als er groene elektriciteit wordt gebruikt kan de CO2 vermindering zelfs 100% zijn. Een ander voordeel is de besparing op de jaarlijkse energierekening. Jaarlijkse energiekosten voor een gasketel:

Jaarlijkse energiekosten voor een lucht-water warmtepomp:

16

De kosten bespring in dit voorbeeld is ongeveer 10%. De verwachting is dat de prijs van aardgas de komende jaren sneller zal stijgen (9%) dan de prijs van elektriciteit (6%) (figuur 5) doordat de aardgas voorraad slinkt en het toenemende gebruik van duurzame bronnen voor elektriciteitsopwekking. Dit maakt het potentieel op besparing op de energierekening alleen maar groter. Politieke en economische omstandigheden kunnen er toe leiden dat de koppeling tussen de gasprijs en de olieprijs in de toekomst wordt losgelaten. Dit zou betekenen dat de gasprijs een geheel eigen dynamiek krijgt waar geen historische trendgegevens van bekend zijn. De benodigde investering voor een warmtepomp is echter hoger dan voor een gasketel, omdat er in Almere Hout Noord geen gasketels toegepast kunnen worden zal deze vergelijking niet verder in dit rapport worden gemaakt.

Figure 5 - Energy prices historical (solid lines) and forecast (marked)

17

2 Overige onderdelen van het energieconcept

2.1 Trias energetica als leidraad voor energieverbruik reductie

In 1996 introduceerde SenterNovem (nu Agentschap NL) de Trias Energetica (figuur 6) als een simpel driestappenplan om een duurzaam energie management te 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 Energetica

De gebouwen in Almere Hout Noord worden ontworpen en gebouwd volgens dit concept. Het bepalen van de optimale kosten / energiereductie verhouding is niet behandeld in dit rapport. De isolatiewaarden die Ymere gebruikt voor het behalen van een EPC van 0,4 met een bodemwarmtepomp zijn ook toegepast op het lucht/water warmtepomp energieconcept.

2.2 SenterNovem referentie huis

Het definitieve ontwerp van de gebouwen die de komende jaren in Almere Hout Noord gebouwd zullen worden is nog onbekend. Hierdoor kan er geen warmteverliesberekening worden gemaakt. Een veelgebruikte methode is om gebruik te maken het ontwerp van de SenterNovem referentiehuizen. Dit ontwerp in combinatie met Ymere isolatiewaarden (bijlage II) is de basis voor de warmteverliesberekeningen. De berekeningen zijn gemaakt volgens ISSO 51 met behulp van BINK software. Het totale warmteverlies bij een buitentemperatuur van -10 ºC voor het hoekhuis is ruim 9 kW, voor het appartement bijna 7 kW (tabel 2). In de toekomst kunnen deze waarden verder dalen omdat de technische kwaliteit van onveranderde isolatie en glas onder druk van de energiebesparingopgave snel verbeterd en ook goedkoper wordt.

18

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 kW Table 2 - Heat loss SenterNovem reference houses

De 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 apartment

2.2 Zonnecollector

Het voordeel van een zonnecollector is afhankelijk van de grootte (capaciteit) van een collector in verhouding tot de tapwater behoefte. Naarmate de afmeting van een zonnecollector toeneemt, zal een groter gedeelte van de warmwater behoefte met behulp van zonne-energie worden opgewekt. Deze relatie wordt uitgedrukt als de reductiefactor. De groei van de reductiefactor neemt af naarmate de afmeting van de zonnecollector toeneemt. Om een grotere bijdrage aan de jaarlijkse warmwater behoefte te kunnen leveren moet er meer warmte worden geleverd in de donkere tijden van het jaar (winter en herfst), wanneer het rendement van de zonnecollector lager is. Het totale rendement van het systeem neemt dus af naarmate het oppervlak van de collector toeneemt.

19

Figure 8 - Typical solar collector installation

Voor een hoekhuis met vier kamers is de dagelijkse warmwater behoefte ongeveer 100 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 oppervlak worden bepaald per reductiefactor. Hierbij is aangenomen dat de warmwater behoefte 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 m² De 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 is er geen extra buffer nodig.

Collector size Installing

Pump and 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 installation

Een zonnecollector systeem met een reductiefactor van 50% betekent een halvering van de jaarlijkse warmwatervraag. In de zomerperiode kan de reductie 80% zijn, terwijl dit in de winter 20% is. Een lucht/water warmtepomp gebruikt met lagere temperaturen (winter) meer energie gebruikt voor dezelfde hoeveelheid warmwater als met hogere temperaturen (zomer). Hierdoor kan een reductiefactor niet direct worden vertaald naar een vermindering van het elektriciteitsverbruik. Omdat de maandelijkse reductiefactoren niet beschikbaar zijn is het effect op het energieverbruik gesimuleerd met het slechtst dankbaarste scenario (tabel 4). Wanneer een jaarlijkse besparing op de warmwater behoefte gerealiseerd kan worden van 50%, is dit in het slechtste geval 100% tijdens zes warme maanden (hoge COP) en 0% tijdens zes koude maanden (lage COP).

20

Annual hot water reduction

factor

Cold months reduction factor

Warm months reduction factor

Annual energy demand

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 pumps

Aan bovenstaande tabel is te zien dat de reductiefactor maximaal 10% afwijkt als van het slechtste scenario wordt uitgegaan. Wanneer rekening wordt gehouden met een levensduur van 20 jaar en een rentevoet van 5% kunnen de kosten per gereduceerde 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;

Reduction Collector

size Total

mortgage Reduced

MWh €/kWh €/tons CO2

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 € 1,25

Table 5 - Cost per reduced kWh and tons CO2 with a solar collector

Wanneer een stijging van de elektriciteitsprijs wordt gebruikt van 4% per jaar zal de kleinste collector (0,73 m²) niet terugverdienen. De overige formaten verdienen zich ongeveer terug in circa 10 – 12 jaar. Wanneer echter een prijsstijging van 8% per jaar wordt gebruikt zal de 0,73 m² collector zich terugverdienen in 11 jaar. De

overige collectoren verdienen zich terug in circa 6 jaar (bijlage V).

2.3 Zonnepanelen

De prestatie van zonnepanelen is grotendeels afhankelijk van de oriëntatie en inclinatie (hoek ten opzichte van een horizontaal vlak) van het systeem. Voor Nederland is het meest effectief een systeem georiënteerd op het zuiden met een inclinatie van circa 35º (figuur 9). Maar ook onder minder dan ideale omstandigheden kunnen zonnepanelen een flinke hoeveelheid elektriciteit produceren. De dakoriëntatie van de eerste bouwfase van Almere Hout Noord is voornamelijk zuidoost (bijlage XII), als de inclinatie van de daken tussen de 10º en 50º wordt gebouwd zal er ongeveer 95% van optimaal aan zonnestraling beschikbaar zijn.

21

Figure 9 - Sun orientation and inclination

De capaciteit van de zonnepanelen wordt uitgedrukt als Watt Peak (WP). Dit is de nominale capaciteit onder laboratorium condities. De jaarlijkse elektriciteitsproductie bij 100 WP in Nederland is ongeveer 90 kWh bij optimale oriëntatie en inclinatie. Voor Almere Hout Noord (95% van optimaal) betekent dit 85,5 kWh voor 100 WP. De totale kosten en opbrengsten gedurende de levensduur van de zonnepanelen kunnen worden berekend als dezelfde aannames worden gebruikt als in paragraaf 2.2, de levensduur van een zonnepaneel is echter 25 jaar. PV capacity (Watt peak)

Investment (Excl. BTW)

Total mortgage

Reduced MWh €/kWh

€/tons 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 € 1,09

Table 6 - Cost per reduced kWh and tons CO2 with photo voltaic

Als een elektriciteitsstijging wordt gehanteerd van 4% per jaar zullen de zonnepanelen niet terugverdienen. Als er echter een prijsstijging van 8% wordt gebruikt zullen de zonnepanelen zich na 18 to 21 jaar terugverdienen (bijlage V).

2.4 Afgifte systeem

Een conventioneel verwarmingssysteem voor Nederlandse woongebouwen bestaat uit een HR gasketel met 80-60 ºC radiatoren. Wanneer gebruik wordt gemaakt van een warmtepomp zijn er laag temperatuur (LT) verwarmingselementen nodig die met een temperatuur van 35 ºC genoeg warmte kunnen afgeven. Hiervoor zijn twee typen afgifte systemen geschikt, oppervlakverwarming en LT convectors. Het is ook mogelijk om deze twee systemen te combineren.

2.4.1 Oppervlakverwarming

Systemen die gebruik maken van oppervlakverwarming gebruiken de vloer, wand of plafond als verwarmingselement. Vloerverwarming wordt het meest toegepast en is ook het goedkoopst om uit te voeren.

22

Er zijn drie verschillende typen vloerverwarming; hete lucht vloerverwarming, elektrische vloerverwarming en hydraulische vloerverwarming. Hydraulische is de meest toegepaste techniek en ook goed geschikt om te gebruiken in combinatie met de lage temperatuur afgifte van warmtepompen. De slangen van vloerverwarming worden meestal in beton gegoten (figuur 10).

Figure 10 - Hydronic radiant floor

Figure 11 - Vertical temperature gradient

Het grootste voordeel van vloerverwarming is de verbeterde comfort ervaring en het beperkte ruimtegebruik. Het thermische comfort wordt beïnvloed door de luchttemperatuur, gemiddelde stralingstemperatuur, luchtsnelheid, relatieve vochtigheid, conductie, kleding en metabolisme. Vloerverwarming heeft een positief effect op de stralingstemperatuur (stralingssymmetrie), lucht temperatuur (stabieler) en conductie (voeten op vloer). Een nadeel van vloerverwarming is de langzame reactie op temperatuur veranderingen. Dit wordt veroorzaakt door de grote hoeveelheid water in de slangen en de thermische massa van de betonnen vloer. Deze langzame reactie maakt vloerverwarming minder geschikt voor toepassing in studeerkamers en slaapkamers, een aantal uren wachten totdat de kamer de gewenste temperatuur heeft bereikt is onacceptabel. De capaciteit van vloerverwarming is afhankelijk van de kamertemperatuur en de afstand tussen de slangen. De maximale capaciteit bij een watertemperatuur van 35 ºC en een kamertemperatuur van 20 ºC is 97 Watt per vierkant meter (tabel 7).

Piping distance Water temperature

Room 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/m²

Table 7 - Underfloor heating power

Voordelen - Thermisch comfort; - Lucht kwaliteit; - Geen ruimte gebruik; - Geen onderhoud; - Algemeen bekend; - Wordt gezien als luxe;

- Vrije indeelbaarheid van de woning.

Nadelen - Langzame reactie;

23

- Energieverspilling door langzame reactie

- Beperkte hoeveelheid warmte afgifte;

- Lastig om legionella veilig te ontwerpen;

- Niet geschikt voor slaapkamers en studeerkamer.

2.3.2 Laag temperatuur radiatoren

De meeste capaciteit van radiatoren of convectors is door convectie, slechts een klein deel wordt veroorzaakt door radiatie. Doordat traditionele radiatoren worden gebruikt met een 80/60 ºC water temperatuur zal de lucht in de buurt van de radiatoren snel stijgen. Hierdoor wordt er een natuurlijk lucht circulatie gecreëerd die grotendeels het vermogen van de radiator bepaald. Wanneer lage temperaturen worden gebruikt (35 ºC) zal de lucht slechts langzaam stijgen en de capaciteit van de radiator beperken. Omdat warmtepompen het beste werken met een laag temperatuur afgifte systeem zijn er radiatoren ontwikkeld die ook met lage temperaturen voldoende vermogen kunnen afgeven. Veel van deze radiatoren gebruiken kleine ventilatoren om de lucht geforceerd door de radiator te duwen. Het voordeel van deze radiatoren kleine water inhoud. Hierdoor hoeft de warmtepomp slechts weinig water op te warmen voordat de radiator op zijn maximale capaciteit is, verder stopt de radiator ook vrij direct als er geen warmtevraag meer is. Hierdoor is een snelle reactie op temperatuur setpoints mogelijk, waardoor energie kan worden bespaard (figuur 12 en 13). De rode lijn is de instelling van de thermostaat en de zwarte lijn is de werkelijk gemeten ruimte temperatuur. De tijd dat de ruimtetemperatuur boven de ingestelde temperatuur is betekend verspilde energie.

Figure 12 - Reaction of LT convectors

Figure 13 - Reaction of radiant heating

Voordelen

- Snelle reactie; - Weinig energie

verspilling;

Nadelen - Ruimte gebruik; - Onderhoud nodig; - Geluid; - Onbekende techniek;

2.3.3 Combinatie van vloerverwarming met LT radiatoren

Door de maximale capaciteit van de vloerverwarming bij 35 ºC heeft de huiskamer nog een extra LT radiator nodig om voldoende warmte af te kunnen afgeven. Door de twee afgifte systemen te combineren kan gebruik worden gemaakt van de snelle reactie van de LT radiator en het comfort van de vloerverwarming. De vloerverwarming krijgt een setpoint van 18 ºC, de LT

24

radiator zal de laatste 2 ºC tot 20 ºC regelen. Hierdoor kan er snel worden gereageerd op zoninstraling of warmtevraag (zie figuur 14).

Figure 14 - Combination of floor heating with LT convectors

Over het algemeen wordt er maar weinig tijd gespendeerd in slaapkamers of studeerkamers. Als er toch iemand aanwezig is moet het er snel warm kunnen worden, hierdoor is een LT radiator meer geschikt dan vloerverwarming.

2.4 Warmte opslag

2.4.1 Warm water buffer

De warm water comfort klassering is uitgedrukt als CW klasse. De minimum CW klasse die door Ymere wordt gehanteerd voor nieuwbouw woningen is CW4. Dit betekent 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 kan als 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 CW 6 15 l/m 60oC 52,5 kW

Table 8 - Dutch hot tap water comfort classes

De capaciteit van een gemiddelde warmtepomp voor een huishouden heeft een veel lagere dan nodig is voor warm water productie (bijlage 9). Hierdoor is er een buffer nodig die langzaam geladen kan worden. Het formaat van deze buffer is afhankelijk van het aantal personen dat gebruik maakt van de woning. Als de samenstelling van het gezin niet bekend is moet worden uitgegaan van 4 personen.

Volume standby boiler (55 °C) [liter] Load time < 1,5 hour 1,5 hour < Load time < 16 hour

Number of persons in dwelling Shower Bath Shower Bath 1 en 2 96 96 96 138

3 96 96 144 186

T (°C)

Energy reduction

Underfloor heating

Underfloor heating with low temperature convectors

Energy reduction

25

4 96 117 192 234 5 120 141 240 282

Table 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 wordt gebruikt gedurende een dag. Ook hier moet worden uitgegaan van 4 personen als de gezinssamenstelling onbekend is, verder moet er rekening worden gehouden 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 van circa 6 kW. De laadduur is in dit geval als volgt berekend:

In de praktijk zal de laadduur langer zijn aangezien er tijdens het laden ook warmte nodig zal zijn voor het verwarmen van het huis.

Hot tap water demand [liters of 55 ºC] Occupancy per dwelling [number of persons] Shower Bath

1 40 75 2 80 115

2,5 100 135 3 120 155 4 160 195 5 200 235

Table 10 - Hot tap water demand for dwelling occupancy (ISSO-72)

In dit geval moet de inhoud van de buffer minimaal 234 liter zijn. De stilstandverliezen van een buffer van dit formaat is tussen de 50 en 80 Watt. Bij een 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 schema

Gedurende een dag zal de efficiëntie van de warmtepomp het hoogste zijn tussen 13:00 en 16:00, wanneer de buitentemperatuur het hoogst is. Dit is de slimste tijd om de buffer te gebruiken als er alleen wordt gelet op de hoeveelheid energie die wordt gebruikt. De volgende tabel is de energie gebruikt door een 10 kW lucht/water warmtepomp in de periode 2003 – 2009 met nachtschema en een dagschema. De data is gegenereerd doormiddel van een simulatie (zie voor verdere uitleg van de simulatie hoofdstuk 3).

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Night schedule (03:00-07:00) 1178 1154 1147 1137 1126 1145 1140 kWh

Day schedule (13:00-16:00) 1041 1050 1048 1042 1026 1042 1056 kWh

Difference 137 104 99 95 100 103 84 kWh

Table 11 - Energy used for hot water supply with a 10 kW air source heat pump

Er zijn echter ook huishoudens die gebruik maken van een dubbel tarief voor elektriciteit. Hierdoor betalen ze minder tussen 23:00 en 07:00 en iets meer

26

gedurende de overige uren, We gaan uit van een enkel tarief van € 0,21/kWh en een dubbeltarief van € 0,19/kWh gedurende de nacht en € 0,23/kWh gedurende de dag. De data gegenereerd met de simulatie (tabel 12) laat zien dat het laden van de buffer gedurende de dag met een enkeltarief de beste strategie is voor het laden van de buffer.

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Aver

Single tariff (day operation) € 217 € 218 € 218 € 217 € 213 € 217 € 220 € 217

Double tariff (night operation) € 224 € 219 € 218 € 216 € 214 € 218 € 217 € 218

Double tariff (day operation) € 237 € 239 € 239 € 237 € 234 € 237 € 241 € 238 Table 12 - Energy cost for day and night operation and single and double tariff

27

3 Variabelen voor vergelijken van warmtepompen

3.1 Systeem overzicht

Vanwege de voordelen van frequentie geregelde warmtepompen zoals beschreven in paragraaf 1.3 en de noodzaak van een warm water buffer, het principe schema voor de vergelijking is vastgelegd. Op basis van dit schema zijn alle 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 Thermostat

3.1 Buitenlucht temperatuur

De Nederlandse standaard voor vergelijking van energieprestaties van woongebouwen en verschillende installaties gebruikt een referentiejaar gebaseerd op maandelijks gemiddelde temperaturen. De middeling van maandtemperaturen is voor het vergelijk van lucht/water warmtepompen niet nauwkeurig genoeg. Dit komt doordat het rendement van een lucht/water warmtepomp sterk afhankelijk is van de buitentemperatuur. De nieuwe Nederlandse NEN 5060 heeft referentiejaren met de data per uur welke geïmporteerd kunnen worden in Excel. Omdat deze data vrijwel hetzelfde is als de gratis KNMI klimaatbestanden zijn de KNMI bestanden gebruikt.

28

Figure 16 - Temperature frequency De Bilt (Netherlands) for 2003 and 2007

Om de hoeveelheid data te beperken en daarmee de handelbaarheid van de simulatie te bewaken is er gekozen voor de klimaatbestanden van 2003 tot en met 2009. De figuur hierboven laat het verschil in temperatuurfrequentie zien tussen het jaar 2003 en 2007. Het jaar 2003 had een koude herfst vergeleken met 2007 wat duidelijk terugkomt als veel uren met een temperatuur tussen de -8 ºC en 6 ºC.

3.2 Belastingduurkromme

De hoeveelheid warmte die de warmtepomp moet leveren is afhankelijk van de stooklijn gecombineerd met de buitentemperatuur. Door de stooklijn en de klimaatbestanden met elkaar te koppelen en de thermische belasting te simuleren (bezetting, verlichting en apparaten) kan de hoeveelheid warmte die nodig is voor elk uur van het jaar worden berekend. De resultaten kunnen worden weergegeven als een belastingduurkromme (figuur 17).

Figure 17 - Load duration curve corner house versus apartment

29

3.2 Cop curve

Fabrikanten van warmtepompen geven veelal alleen de COP bij een buitentemperatuur van 7 ºC en een condensor temperatuur van 35 ºC. Dit is geen goede indicatie van de prestaties van de warmtepomp bij lagere en hogere temperaturen. Om een eerlijke vergelijking te kunnen maken is het belangrijk om de prestatie van de warmtepomp te weten over een buitentemperatuur van circa – 10 ºC tot 35 ºC, de COP curve, bij verschillende condensor temperaturen. In dit geval is er gekozen om de COP curve op te vragen bij een condensor temperatuur van 35 ºC en 55 ºC. De volgende fabrikanten hebben de COP curves van de warmtepompen vrijgegeven:

- Daikin; - General; - LG; - Mitsubishi; - Nathan; - Stiebel Elton;

Omdat LG, Daikin, General en Mitsubishi frequentie geregelde warmtepompen leveren zijn alleen deze vier merken meegenomen in dit onderzoek. In bijlage XI zijn de COP curves van de warmtepompen geanonimiseerd gegeven.

3.3 Energie gebruik tijdens ontdooicyclus

Wanneer de temperatuur van buitenlucht daalt, zal ook de hoeveelheid vocht dat de lucht kan opnemen dalen. Bij een hoge luchtvochtigheid en een dalende temperatuur zal het vocht in de lucht gaan condenseren, het vocht zal zich afzetten op de verdamper. Wanneer de verdamper temperatuur onder het vriespunt komt zal de condens gaan aanvriezen. In eerste instantie is dit geen probleem, hierdoor kan namelijk ook de latente warmte uit de lucht worden gebruikt voor verwarming. Wanneer de hoeveelheid ijs toeneemt (figuur 18) zal de ijslaag gaan werken als een isolator en de efficiëntie van de warmtepomp dalen. Om dit effect tegen te gaan is een warmtepomp uitgevoerd met een ontdooicyclus. De meeste warmtepompen hebben een koelmiddelgas bypass, waardoor het hete van de compressor direct naar de verdamper wordt geleid. Sommige warmtepompen hebben echter een elektrische heater bij de verdamper om het ijs te doen smelten. Het effect van deze ontdooicyclus is terug te vinden in de COP curve als 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

30

3.4 Afnemende COP door aan en uit schakelen

Frequentiegeregelde warmtepompen hebben de mogelijkheid om hun capaciteit terug te regelen tot ongeveer 25% van de maximale capaciteit. Als de warmtevraag lager is dan 25% van de maximale capaciteit zal de warmtepomp aan en uit gaan schakelen. Omdat een warmtepomp elke keer als hij aan wordt gezet even nodig heeft om zijn maximale capaciteit en rendement te halen is dit aan en uit schakelen nadelig voor het rendement van de warmtepomp. Het effect van dit aan en uit schakelen is een daling van de COP met ongeveer 20%. Dit is bevestigd door twee fabrikanten van warmtepompen.

3.5 Dimensionering

Een grotere warmtepomp in een serie zal over het algemeen iets slechter presteren dan de kleinere versie in een serie (zie ook paragraaf 4.1). Echter, een warmtepomp met een kleiner vermogen moet eerder de elektrische heater inschakelen om aan de warmtevraag te voldoen als de buitentemperatuur daalt. Deze factoren samen met het effect van aan en uit schakelen uit paragraaf 3.4 bepalen ondermeer hoe een warmtepomp energetisch zal presteren. Er moet echter ook rekening worden gehouden met investeringskosten en onderhoudskosten. De investeringskosten zijn hoger bij warmtepompen met een groter 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 is een simulatiemodel gemaakt. Dit model is gebaseerd op de gemiddelde COP curve’s en capaciteiten van verschillende warmtepompen in de range van 4 kW t/m 16 kW bij een condensor temperatuur van 35 ºC en 55 ºC (Bijlage VIII en Bijlage IX). Door deze data te combineren met de temperaturen per uur kan een inschatting worden gemaakt van de jaarlijkse energiekosten bij verschillende modellen.

Figure 19 - Annual energy cost for various capacity heat pumps

31

Het optimum op jaarlijkse energiekosten voor de periode 2003 – 2009 voor het appartement is ongeveer een 6 kW model. Voor het hoekhuis is het optimum ongeveer een 8 kW model. Het optimum is echter ook afhankelijk van de investeringskosten, stijging van elektriciteitsprijs, rentekosten, etc. Al deze factoren bij elkaar geeft de TCO (Total Cost of Ownership). De volgende uitgangswaarden zijn gebruikt bij het berekenen van de optimale warmtepomp capaciteit.

- 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

years

Figure 20 - Total cost of ownership for various capacity air source heat pums

De totale kosten zijn ook gesimuleerd voor nog een aantal andere huizen met andere stooklijnen. Het optimale bivalentiepunt (figuur 21) lag echter altijd ergens tussen -1,5 ºC en -5 ºC. Dit is het punt waar ongeveer 95 – 97% van de jaarlijkse benodigde warmte wordt gegenereerd door de warmtepomp, de overige 5 – 3% is gegenereerd door elektrische heater.

32

Figure 21 - Bivalent selection based on capacity in relation to heating curve

3.5 Vergelijking tussen verschillende warmtepompen Door de dimensionering en analyse uit paragraaf 3.4 kunnen een aantal modellen van fabrikanten worden geselecteerd. Omdat dit onderzoek niet gericht is op het beoordelen van de verschillende merken onderling is de data geanonimiseerd. Aan de hand van de COP curves (annex XI) en de stooklijn van het 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 years

De gemiddelde energiekosten voor de periode 2003 – 2009 is te zien in figuur 22. Er zit een verschil in energiekosten van ongeveer € 100,- tussen merk B en merk 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 en merk D is bijna € 4000.-, dit hoge verschil geeft aan dat het de moeite waard is een 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

Bivalent point apartment

Bivalent point corner house

33

Figure 22 – Corner house annual energy cost

Figure 23 – Corner house total cost of ownership

34

4 Risico’s

4.1 Dimensionering van de warmtepomp

Tijdens het ontwerp van een huis is het vaak niet te voorspellen wat voor type familie daar gaat wonen. Een vijfpersoonshuishouden met drie kinderen in de leeftijd van 12 – 18 jaar heeft een andere warmtebehoefte dan een eenpersoonshuishouden. De warmteverliesberekening voor het hoekhuis is bijvoorbeeld gebaseerd op een gemiddelde bezetting van 2,5 persoon. Als de werkelijke warmtevraag veel hoger is dan berekend zal de lucht/water warmtepomp veel elektrisch gaan bijstoken, dit zal leiden tot een hoge energierekening. Een lucht/water warmtepomp met een capaciteit hoger of lager dan optimaal zal jaarlijks meer energie gebruiken dan nodig is (figuur 19). Echter, het negatieve effect op de energierekening bij een te kleine warmtepomp is groter dan het effect op de energierekening van een te grote warmtepomp. Hierdoor is het verstandig om bij twijfel een iets te grote warmtepomp te kiezen. Voornamelijk wanneer de gezinssamenstelling niet bekend is en veel kan fluctueren is het verstandig om een iets te grote warmtepomp te selecteren. De fluctuatie ontstaat voornamelijk onder invloed van de behoefte aan warm tapwater. Door toepassing van een zonneboiler kan deze fluctuatie worden verkleind en het risico verder beperkt. De optimale capaciteit berekening (hoofdstuk 3, paragraaf 5) is indicatief. Het is mogelijk dat een groter model warmtepomp toch beter presteert dan een kleiner model warmtepomp. Dit komt door de manier waarop warmtepompen veelal worden gefabriceerd; een serie bestaat uit een type condensor en verdamper met een variërend vermogen compressor. Het kleinste compressor model uit een serie zal hierdoor een iets overgedimensioneerd condensor en verdamper hebben, dit betekent dat er een kleiner temperatuurverschil nodig is om de warmte uit te wisselen. Omdat de efficiëntie van een warmtepomp afhankelijk is van het temperatuurverschil tussen de verdamper en de compressor zal de COP stijgen, voor de grotere modellen in een serie is dit effect tegengesteld. Zo kan het dat een 8 kW model uit een serie (grootste model uit een serie) slechter presteert dan een 10 kW model uit een andere serie (kleinste model uit een serie).

4.2 Fluctuerende energierekeningen

Sommige jaren hebben een koude herfst of een warme lente, waardoor het energieverbruik van een lucht/water warmtepomp varieert. Dit wordt niet alleen veroorzaakt door de vermindering of vermeerdering in warmtevraag, ook de COP varieert als de buitentemperatuur verandert, waardoor de warmtepomp bij een lagere buitentemperaturen veel vermogen moet leveren met een lager rendement. Beschouw figuur 11 uit hoofdstuk 3, 2003 had een koude herfst en winter die is terug te vinden als veel uren tussen -8 ºC en 4 ºC. Het jaar 2007 had een milde winter waardoor er weinig uren tussen -8 ºC en 4 ºC maar meer uren tussen 4 ºC en 18 ºC. Het effect is een lage energierekening in 2007 en een hoge energierekening in 2003. Deze variatie in energierekeningen kan voor verwarring zorgen onder gebruikers van warmtepompen. Het is gebruikelijk dat de energierekening enigszins kan variëren bij gasgestookte woningen, echter bij warmtepompen is dit effect versterkt door de variabele COP (tabel 13).

35

* = 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 2003-2009

De jaarlijkse energierekening in de periode 2003 – 2009 voor warmtepompen heeft een variatie van +/- 15% ten opzichte van het gemiddelde, voor een gasketel is dit ongeveer +/-10%. Als een goed jaar echter wordt gevolgd door een slecht jaar kan de energierekening toenemen met 25 %, voor een gasketel is deze toename circa 15%.

4.3 Onderhoud

De lucht/water warmtepomp industrie is nog volop in ontwikkeling (figuur 24). Ondanks dat warmtepompen al veelvuldig worden gebruikt in de utiliteit zijn er nog weinig individuele woning installaties te vinden in Nederland. Hierdoor is er nog geen volledig ontwikkelde en competitieve warmtepomp markt die service, onderhoud en reparaties verzorgt. Veel van de huidige bedrijven die zijn gericht op de gasketel markt weten nog niet om te gaan met warmtepompen. De afwezigheid van een goed gereguleerde onderhoud en reparatie markt verhoogt het risico indien problemen met de warmtepompen voordoen. Hier ligt misschien een kans voor airconditioning onderhoudsbedrijven om zicht te positioneren in de verwarmingsmarkt.

Figure 24 - Product life cycle curve

Een warmtepomp heeft weinig onderhoud nodig; SenterNovem geeft aan dat de onderhoudskosten ongeveer 2% bedragen van de investeringsprijs. In ieder geval moet er 1 x per jaar een STEK controle plaatsvinden indien er meer dan 3kg koelmiddel in het apparaat bevindt. Voornamelijk het schoonhouden van de buitenunit en het vrijhouden van bladeren en sneeuw is van groot belang. Een vervuilde buitenunit zal meer energie gaan gebruiken doordat de warmtepomp meer moeite moet doen om de energie aan de omgeving te onttrekken.

4.4 Garanderen van de warmtepomp kwaliteit

Bij de aanscherping van de EPC eis naar 0,8 in 2006 was balansventilatie met WTW de oplossing om eenvoudig en redelijk goedkoop aan de nieuwe EPC eis te kunnen voldoen. Ontwikkelaars en installateurs waren veelal op zoek naar de goedkoopst mogelijke systemen waardoor een prijzenoorlog ontstond tussen fabrikanten van WTW systemen. Deze ontwikkeling kwam de kwaliteit van de

36

WTW systemen en zijn componenten niet ten goede. In de laatste jaren zijn er veel klachten geweest (bijvoorbeeld Vathorst) over dergelijke ventilatie systemen, waardoor het systeem een slechte naam heeft gekregen. Het effect is een verminderde verkoop van WTW systemen, terwijl het systeem theoretisch een groot potentieel heeft. Om hetzelfde te voorkomen bij lucht/water warmtepompen moet de installatie en kwaliteit worden gecoördineerd. Recent is project “de Teuge” in Zutphen in het nieuws gekomen door veel hogere energierekeningen dan beloofd, de eerste negatieve publiciteit is er al. De systemen in “de Teuge” maken weliswaar gebruik van een grondbron, de meeste mensen zullen het begrip warmtepomp gaan associëren met risico en hoge energierekeningen. De installateurs en fabrikanten van warmtepompen moeten in een vroeg stadium worden betrokken bij het ontwerp en bouwproces om de kwaliteit en juistheid van het systeem te kunnen garanderen. Een onafhankelijke organisatie moet de prestatie en kwaliteit van lucht/water warmtepompen systemen inspecteren en controleren. Ook de gebruikers moet worden geïnformeerd over de werking van het warmtepompsysteem en de voor- en nadelen van het systeem. Voorkom het creëren van verwachtingen die niet waargemaakt kunnen worden.

4.5 Geluid

De warmtepomp wordt meestal buitenshuis gesitueerd, vaak gemonteerd tegen een muur waar eenvoudig aan het verwarmingssysteem kan worden gekoppeld. Alle buitenunits met een ventilator produceren geluid, dit komt een klein beetje door de compressor, maar voornamelijk door de krachtige ventilator die de buitenlucht langs de verdamper blaast. In figuur 25 is een voorbeeld te zien van een Daikin Q11 warmtepomp in fluistermodus, de geluidsproductie in nog steeds 42 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 perception

Om 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.

37

Figure 26 - Reduction of noise in relation to distance

Figure 27 - Daikin Q11 in silent mode

4.6 Elektrische aansluiting

Warmtepompen kunnen problemen veroorzaken op het elektriciteitsnetwerk door hoge belasting bij opstart en de piek capaciteit van de elektrische heater. Voornamelijk bij meerdere geïnstalleerde warmtepompen in een wijk kan het gelijktijdig operationeel zijn problemen geven met het distributienet. Tijdens koude winter dagen waarbij de buitentemperatuur onder de -5 ºC komt kan de gelijktijdigheid van lucht/water warmtepompen circa 90% zijn. Hierdoor moet er met een veel grotere gelijktijdigheid rekening worden gehouden als bij normale woningen (figuur 28).

Figure 28 - Simultaneity demand for average household and 10kW heat pump

Door deze hogere gelijktijdigheid moet het elektrische netwerk zwaarder worden uitgevoerd. De kosten voor deze netwerkverzwaring is circa € 2000,- per huishouden (tabel 14, onderzoek door Stedin).

Normal electricity network Heat pump ready network

Per

dwelling 1400 dwellings Per dwelling 1400

dwellings

Low voltage net € 1.000 € 1.400.000 € 2.000 € 2.800.000

Middle voltage net - - € 1.000 € 1.400.000 Table 15 - Price of normal and heat pump ready network. (Source: Stedin)

De meeste lucht/water warmtepompen in de woningmarkt hebben elektrische heater voor legionella preventie. Sinds het incident bij een bloemenbeurs in

38

Bovencarspel zijn er strenge preventiemaatregelen tegen legionella in Nederland. Bij de installatie van meerdere warmtepompen in een woonwijk moet rekening worden gehouden met de hoge gelijktijdigheid die kan voorkomen, er moet getracht worden de legionella preventie op verschillende tijden te laten plaatsvinden. Ook het tapwater bedrijf, vullen van de buffer, moet worden gecoördineerd om grote gelijktijdigheden te voorkomen. Er zijn al fabrikanten die speciale software hebben ontwikkeld om dit te coördineren. De ontwikkeling van een smartgrit wordt hierdoor steeds belangrijker. Om hoge gelijktijdigheid en voltage fluctuatie te voorkomen moet het volgende worden 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;

39

5 Ontwerpvoorwaarden Het ontwerp en de bouw van een huis start met het kopen van de bouwgrond. De locatie van een gebouw heeft al invloed op het energiegebruik. Vrijwel elke kleine wijziging in een gebouwontwerp heeft invloed op de energie die het zal gebruiken. Dit hoofdstuk geeft enkele aanwijzingen die in overweging genomen moeten worden bij het bouwen van een gebouw/woning met lucht/water warmtepompen.

5.1 Ontwikkelaar

Beslis in een vroeg stadium van een project welke energieprestaties er gehaald dienen te worden. Vraag een adviseur en architect om zo vroeg mogelijk in het ontwerp proces te gaan samenwerken om tot een zo optimaal mogelijk betrouwbare energie voorziening te komen. Hierdoor verbeterd de prestatie en kwaliteit van moderne technieken die gebruikt worden in energie efficiënte woningen. In moderne bouwprocessen wordt ketenintegratie steeds belangrijker om de complexe opgave op een goede manier met zo minmogelijk risico’s te kunnen managen. Bepaal hoe de energieprestatie gemeten gaat worden. Overweeg het samenstellen van een gespecialiseerd inspectieteam dat kan bepalen of woning volgens ontwerp zijn gebouwd en voldoen aan de energetische eisen. Blik terug op het ontwerp en bepaal de impact van veranderingen op het ontwerp zoveel mogelijk. Een lucht/water warmtepomp in een woning die slechter is geïsoleerd dan vooraf gespecificeerd zal meer zijn elektrische heater moeten gebruiken, waardoor het jaarrendement van de warmtepomp afneemt. Een lager rendement betekent hogere energierekeningen. De oriëntatie van een woning heeft effect op het energiegebruik en het potentieel voor het gebruik van zonne-energie. Laat een adviseur de optimale oriëntatie van de woningen bepalen, waarbij rekening wordt gehouden met warmtelast, koellast en zonne-energie. Werk samen met ervaren bouwpartners die hun leergeld al hebben betaald in andere projecten. Stel zo vroeg mogelijk een team samen om integraal te kunnen ontwerpen, hierdoor kan de bouwtijd en bouwkosten worden verminderd.

5.2 Architectuur

Het gebruik van betonnen tunnelbouw of hout skeletbouw beïnvloedt het energiegebruik van een woning (figuur 29). Een zwaar gebouw gebruikt meer energie tijdens de winter en zomer, maar minder energie tijdens de lente en herfst. Een meer gelijkmatig verdeelde warmtelast gedurende een jaar voor lichte bouw heeft een positief effect op het rendement van een lucht/water warmtepomp vergeleken tot zware bouw. Dit wordt veroorzaakt door de hogere temperaturen tijdens de lente en herfst (hoge COP) dan in de winter. Een verschuiving van de warmtevraag van de winter naar de lente en herfst betekent een vermindering van de energierekening. Bij het gebruik van lucht/water warmtepompen is het verstandig om licht te bouwen zoals hout skelet bouw.

40

Figure 29 - The effect of thermal mass on annual heating demand

Maak gebruik van de beschikbare zone-energie tijdens de winter (lage zon) en houd de zon buiten tijdens de zomer (hoge zon) door gebruik te maken van overhangende zonweringen, diepe negge en glas dat vooral horizontaal oppervlak in de gevel heeft waar het nu vooral vertikaal in de gevel wordt geprojecteerd. Als voorbeeld zou je het raam dat nu van vloer tot plafond staat een kwartslag kunnen kantelen om de overmatige warmtelast in de zomer te beperken. 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 adviseur

Dimensioneer de warmtepomp op een degelijke warmteverliesberekening, een te klein of te groot gedimensioneerde warmtepomp zal onnodig veel energie gebruiken.

41

Het is voor de adviseur belangrijk om in een vroeg stadium betrokken te raken bij het ontwerpen van de woning en de verwarmingsinstallatie, adviseer de architect en de ontwikkelaar over de aanwijzingen in voorgaande paragrafen. Betrek de verschillende fabrikanten en/of leveranciers van warmtepompen bij het ontwerpproces, soms kunnen kleine specificatieverschillen samen met specifiek ontwerp van een gebouw grote kwaliteitsverschillen veroorzaken. Vloerverwarming kan er voor zorgen dat de drinkwaterleidingen niet zomaar overal in de vloer kunnen liggen. Dit betekend dat in het ontwerp van de woningplattegrond hier al rekening mee moet worden gehouden. De architect kan samen met de installatie- en energieadviseur in het schetsontwerp al rekening houden met deze aspecten van een energetisch zo zuinig mogelijk ontworpen gebouw. Ontwerp een gereedschap / software waarmee de selectie van de beste warmtepomp voor het specifieke ontwerp van de woning vereenvoudigd wordt.

5.4 Installateurs

Monitor de kwaliteit van een system gedurende de bouw. Wanneer een verandering wordt aangebracht in het gebouw ontwerp of verwarmingssysteem is het verstandig om dit aan te geven bij het ontwerpteam. Betrek de fabrikant bij het ontwerp van het verwarmingssysteem.

5.5 Fabrikanten

Het monitoren van warmtepomp systemen is de enige manier om de werkelijke prestatie en efficiëntie van het systeem te bepalen. Als er problemen ontstaan met onnodig veel energieverbruik kan eenvoudig de oorzaak van het probleem worden bepaald. Houd rekening met het energieverbruik tijdens stilstand en zomerperiodes, voornamelijk de carterverwarming en de plaatverwarming kunnen een grote invloed hebben op het rendement van het systeem. Er is nog veel energie te winnen in het optimaliseren van deze systemen. Raak betrokken in het ontwerpproces van het verwarmingssysteem voor de woningen, adviseer installateurs en energie adviseurs. Maak ontwerpvoorwaarden en communiceer dit met de branche verenigingen en onderzoeksinstituten als ISSO, NEN en TNO. Probeer de ontwerpers en adviseurs met het ontwikkelen van een softwaregereedschap waardoor het mogelijk is een wel overwogen keuze te maken voor het beste systeem in een bepaalde woning. Ook wanneer dit betekent dat een concurrerend product misschien beter geschikt is voor een bepaalde situatie, het vertrouwen van consumenten is makkelijk te verliezen. Een beschadiging van consumenten vertrouwen zal de verkoop en ontwikkeling van warmtepompen vertragen.

42

6 Conclusies en aanbevelingen Het doel van dit onderzoek was om te bepalen of lucht/water warmtepompen een optie zijn voor de verwarming van woningen in Almere Hout Noord. Verder moest worden uitgezocht hoe het potentieel maximaal kan worden benut en welke dingen je vooral niet of wel moet doen. Enkele sleutelelementen waren het onderzoek naar de werking van een lucht/water warmtepomp, het optimaliseren van de prestatie van de warmtepomp en welke risico’s en ontwerpvoorwaarden moeten worden overwogen. Met lucht/water warmtepompen is het mogelijk om ten opzichte van gasketels 67% te besparen op de CO2 uitstoot. Het is ook mogelijk om te besparen op de energierekening, de marges zijn echter klein. Het beste warmtepomp system is een frequentiegeregelde warmtepomp die zowel de verwarming van het huis verzorgt als het warme tap water. Zonne-energie kan een bijdrage leveren aan het verlagen van de energievraag van een woning. Rekening houdend met de terugverdientijd is een 2,19 m² zonnecollector de beste optie voor een vierpersoonshuishouden. Wanneer er investeringsruimte beschikbaar is kan worden overwogen PV panelen toe te passen. Het beste afgiftesysteem is vloerverwarming in de huiskamer met een extra LT radiator voor snelle regeling. De slaapkamers en studeerkamers kunnen het beste worden uitgevoerd met LT radiatoren. Met dit systeem heb je het voordel van het thermische comfort van de vloerverwarming en de snelle reactie van LT radiatoren. Gebruik bij het dimensioneren van een warmtepomp systeem een bivalentiepunt tussen de -1,5 ºC en – 5 ºC om een optimaal presterend systeem te krijgen. Op deze manier wordt slechts 5 – 3% van de jaarlijkse warmtevraag door de elektrische heater verzorgd. Er is nog ontwikkeling en onderzoek nodig om de risico’s van lucht/water warmtepompen te reduceren. Voornamelijk de geluidsproductie van de buitenunit is een reden tot zorg. Aanbevelingen Gebruik de aanwijzingen uit dit onderzoek om op kleine schaal een aantal woningen te voorzien van een warmtepomp systeem. Bijvoorbeeld 5 to 10 woningen met verschillende merken en systeemontwerpen. Monitor de prestatie van de systemen en deel de informatie uit de test met fabrikanten, ontwikkelaars, installateurs en adviseurs. Onderzoek hoe de bewoners het systeem ervaren en bekijk mogelijkheden voor verbetering. Grootschalige uitrol van deze warmtepompsystemen vergt optimale ketenintegratie en de bereidheid van partijen om te investeren in de ontwikkeling die nodig is om de grootschalige uitrol met minimale risico’s te kunnen doen. Verder onderzoek Er moet een software pakket worden ontwikkeld om de verschillende warmtepomp merken en modellen met elkaar te kunnen vergelijken. www.liveheatpump.be is een mooi voorbeeld van monitoren wat navolging van andere fabrikanten verdiend.

43

Persoonlijke informatie

Executor

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.com

Scientific 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.nl

Initiator

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

44

Referenties ARUP. (2010). The mythe thermische massa. Amsterdam Blok. K. (2007) Introduction to Energy Analysis. Utrecht Elling, R., Andeweg, B., de Jong, J., Swankhuisen, C., (2004) Rapportagetechniek. Groningen Feuvre, Le, P. (2007) An Investigation into Ground Source Heat Pump Technology, its UK Market and Best Practice in System Design. University of Strathclyde. Grit, Roel. (2005). Project management. Groningen/Houten. Karlsson, F. (2007) Capacity control of residential heat pump heating systems. Göteborg, Sweden Knoll, W.H. (2002). ISSO Handboek Installatie Techniek. Rotterdam. Ross, C. (2008). Air Source Heat Pump Installation Performance Review, final thesis. University of Strathclyde. Smithmyer. G. (2009) Dedicated Outdoor Air and Ground Source Heat Pump System Redesign Analysis. Morgantown, West Virginia

45

Annex

Annex I Mindmap........................................................................................ 46

Annex II Insulation values Ymere................................................................. 47

Annex III ISSO 59 – Paragraph 3.4.2.3 ......................................................... 49

Annex IV Solar collector profit versus cost..................................................... 51

Annex V Photo Voltaic profit versus cost ...................................................... 52

Annex VI Senter Novem Reference House Layout ........................................ 53

Annex VII Senter Novem reference appartement layout ................................. 54

Annex VIII COP curves for average heat pumps 35 °C................................ 55

Annex IX COP curves for average heat pumps 55 °C ................................... 56

Annex X KNMI temperature files .................................................................. 57

Annex XI COP curves heat pumps during heating 35 °C............................... 59

ype

Tekstvak

Annex I

47

Annex II Insulation values Ymere

48

49

Annex III ISSO 59 – Paragraph 3.4.2.3

50

51

Annex IV Solar collector profit versus cost

Figure 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)

52

Annex V Photo Voltaic profit versus cost

Figure 33 - Cost versus profit for photo voltaic (4% electricity indexation)

Figure 34 - Cost versus profit for photo voltaic (4% electricity indexation)

53

Annex VI Senter Novem Reference House Layout

54

Annex VII Senter Novem reference appartement layout

55

Annex VIII COP curves for average heat pumps 35 °C

56

Annex IX COP curves for average heat pumps 55 °C

57

Annex X KNMI temperature files

58

59

Annex XI COP curves heat pumps during heating 35 °C