Analyse Hybride Warmtepomp
Mei 2024
Inhoud
- Resultaten en conclusies
- Inleiding
- De metingen
- Appendix A De woning
- Appendix B De berekeningen
- Appendix C Ruwe data, waarom en wanneer
Belangrijkste resultaten en conclusies
Afgiftesysteem = Radiatoren en/of Convectoren
Ts = Omschakeltemperatuur van Warmtepomp naar Gas.
Deze analyse is uitgevoerd op basis van continue metingen gedurende 8 maanden van september tot en met april in een bewoonde woning uit 1932. De warmtepomp heeft een eigen kW/kWh meter en er zijn sensoren voor de temperaturen binnen en buiten. Verder zijn een datalogger en een rekenmodel gebruikt.
Deze analyse laat zien:
- Dat het percentage gasbesparing van een hybride warmtepomp kan worden verbeterd door de omschakeltemperatuur Ts naar verwarmen met gas te verlagen.
- Dat het percentage gasbesparing ook afhangt van het klimaat.
- Dat het percentage gasbesparing onafhankelijk is van woning type, afmetingen en isolatiegraad. Dit volgt uit de natuurkunde en kan geïllustreerd worden met berekeningen.
- Dat het seizoenspercentage gasbesparing is 64% bij TS = +4 en 100% bij Ts = -10.
We rekenen met het percentage gasbesparing van een hybride warmtepomp omdat dat een algemene waarde is die voor alle Hybride warmtepompen met dezelfde Ts geldt. Het percentage gasbesparing is dan ook makkelijk om te rekenen naar grotere of kleinere warmtepompen en woningen. De absolute waardes van het gasverbruik zijn in de tabellen ook vermeld.
Wat we ook laten zien is dat je een Hybride warmtepomp met een omschakeltemperatuur Ts = -10 graden kunt laten functioneren mits er voldoende reserve vermogen is in de warmtepomp. Een vereiste daarvoor is wel een afgiftesysteem met voldoende capaciteit.
Tabel a Het percentage gasbesparing en Ts
December 2023
Gasbesparing bij verschillende omschakeltemperaturen en voor een zachte of gemiddelde winter.
| Omschakeltemperatuur Ts | Gasbesparing zachte winter | % | Gasbesparing gemiddelde winter | % |
|---|---|---|---|---|
| Ts = 12 | 0,0 m3 | 0% | 0,2 m3 | 0% |
| Ts = 8 | 21,7 m3 | 16% | 0,2 m3 | 0% |
| Ts = 4 | 77,8 m3 | 59% | 56,0 m3 | 38% |
| Ts = 0 | 105,7 m3 | 80% | 93,2 m3 | 64% |
| Ts = -4 | 129,1 m3 | 97% | 132,4 m3 | 90% |
| Ts = -10 Saga warmtepomp | 132,4 m3 | 100% | 146,3 m3 | 100% |
Je ziet dat de gasbesparing in de maand december snel oploopt bij lagere waardes van Ts. In de zachte winter zoals nu is de gasbesparing aanzienlijk groter dan in een berekende gemiddelde winter.
Tabel b Het percentage gasbesparing in een heel stookseizoen
Hybride kWh is aan de lage kant voor verwarming met radiatoren. Een correctie voor de hoge watertemperatuur is hier nodig.
| Periode | Saga kWh-elektrisch | Saga kWh-warmte *) | Hybride gas totaal | Hybride gas verbruik | Hybride gas bespaard | Hybride kWh |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2023/2024 | 2362 | 7428 | 760,4 | 266,7 | 488,6(64,2%) | 1434 |
*) De warmte die de woning vraagt wekken we op met de Saga warmtepomp. Dit gebruiken we als basis voor de berekeningen aan de Hybride warmtepomp. ‘gas totaal’ is het gasverbruik als er geen warmtepomp is.
%gasbesparing = gas bespaard / gas totaal x 100 = 488,6 / 760,4 x 100 =64%
%gasbesparing bij een gemiddelde winter met een 2,1 graden lagere temperatuur zal aanzienlijk minder zijn
Tabel c maand temperaturen
Lokaal gemeten, van KNMI de Bilt en het KNMI de Bilt langjarig gemiddelde
| Maand | Gemeten | KNMI de Bilt | KNMI de Bilt Langjarig gemiddelde |
|---|---|---|---|
| Maand | Gemeten | KNMI de Bilt | KNMI de Bilt Langjarig gemiddelde |
| April 2024 | 9,6 | 10,8 | 9,8 |
| Maart | 7,6 | 9,0 | 6,5 |
| Februari | 6,6 | 8,2 | 3,9 |
| Januari | 2,7 | 3,9 | 3,6 |
| December 2023 | 5,4 | 6,9 | 4,2 |
| November | 6,6 | 7,8 | 7,0 |
| Oktober | 12,0 | 13,2 | 10,9 |
| September | 17,0 | 17,5 | 14,7 |
| Gemiddeld | 8,4 (+0,8) | 9,7 (+2,1) | 7,6 |
De temperaturen van het KNMI zijn het beste vergelijkbaar omdat ze op dezelfde plaats gemeten zijn. Wat je ziet is dat het stookseizoen 2023 – 2024 2,1 graden warmer was dan het langjarig gemiddelde. Voor de maand december is dit 2,7 graden. Dit vertaalt zich in een betere %gasbesparing van 59% tegenover 38% bij een gemiddelde winter (zie ook tabel a). Reken je niet rijk met de zachte winter!
https://www.knmi.nl/nederland-nu/klimatologie/geografische-overzichten/archief/maand/tg
Tabel d percentage gasbesparing en de woning afmetingen, een berekening voor de maand december
| December 2023 | Saga kWh-elektrisch | Saga kWh-warmte | Hybride gas totaal | Hybride gas verbruik | Hybride gas bespaard | Hybride kWh |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 127 m2 *) | 421,9 | 1294 | 132,5 m3 | 54,7 m3 | 72,8 m3 (59%) | 229,9 |
| Grotere woning 254 m2 *) | 2587 | 264.9 m3 | 109.2 m3 | 155.7 m3 (59%) | 459.9 |
*) oppervlak schil, dit is de plaats waar de meeste warmte verloren gaat.
Je ziet dat bij een 2 keer zo grote woning de verbruiken verdubbelen maar het percentage besparing blijft hetzelfde, namelijk 59%!
Deze analyse is mede mogelijk gemaakt door 15 jaar ervaring met meten aan hybride warmtepompen. Dat heeft een schat aan informatie en kennis opgeleverd. We hebben nu de volledige dataset van het stookseizoen 2023/2024 waarmee we veel meer kunnen laten zien dan we in deze analyse hebben getoond.
Bijvoorbeeld:
Het is de vraag of een lagere Ts veel negatieve invloed heeft op de netcongestie als je het afgiftesysteem optimaliseert en de woning meer isoleert. De COP wordt dan groter en de warmtevraag wordt kleiner waardoor Hybride kWh minder toeneemt 😉
Of:
Hoe groot is het voordeel van nachtverlaging in een goed geïsoleerde woning in de praktijk?
Of:
Hoe kun je de temperatuur regelen in een woning van vóór 1980?
Of:
Wat is een optimaal afgifte systeem voor een woning van vóór 1980? Wij gebruiken laag temperatuur convectoren met ingebouwde ventilatoren. Convectoren zijn veel makkelijker te plaatsen in een bewoonde woning dan bijvoorbeeld vloerverwarming terwijl de watertemperatuur en daarmee het rendement vergelijkbaar is door de ventilatoren.
Inleiding
- Saga Warmtepomp, het principe
De Saga warmtepomp is een Hybride waar de knelpunten uit gehaald zijn. Het grootste knelpunt van de moderne Hybride warmtepomp is het afgiftesysteem, als dat voldoende capaciteit krijgt kan het omschakelen naar gasbedrijf verschuiven van +4 graden richting -10 graden. Dat scheelt enorm in de reductie van aardgas voor verwarmen en de CO2 uitstoot.
De Saga Warmtepomp laat zien dat een Hybride met isolatie en een ruimer afgiftesysteem aanzienlijk beter kan presteren.
Afgiftesysteem = Radiatoren en/of Convectoren
Ts = Omschakeltemperatuur van Warmtepomp naar Gas.
- Hybride Warmtepomp
Doel van dit project is het bepalen van de %gasbesparing van een Hybride warmtepomp en de invloed van de omschakeltemperatuur Ts van warmtepomp naar gas. We meten daarvoor aan de Saga warmtepomp van september 2023 tot en met april 2024.
Omschakeltemperatuur Ts hangt af van de capaciteit van het afgiftesysteem en de warmtevraag van de woning.
Je moet omschakelen naar gas als de warmtevraag van de woning groter wordt dan de capaciteit van het afgiftesysteem of als de warmtevraag groter wordt dan het warmtevermogen van de warmtepomp.
Vaak is het mogelijk om met isolatie en het verbeteren van het afgiftesysteem een betere gasreductie van de Hybride te realiseren.
Wat we laten zien:
- De %besparing voor gas per maand en over het seizoen 2023/2024 bij Ts = 4 graden.
- De invloed van de gekozen Ts op %besparing gas.
- De invloed van het afgiftesysteem en de isolatie op Ts en %besparing gas.
Wat we doen:
- We laten de Saga Warmtepomp, met optimaal afgiftesysteem en dataloggers, de woning verwarmen. We berekenen de warmteproductie van de Saga waarmee we de warmtevraag van de woning weten.
- We gebruiken deze warmtevraag in een eenvoudig model van een Hybride warmtepomp. We weten nu hoeveel warmte de Hybride moet leveren.
- Als Tbuiten > Ts wordt warmte toegerekend aan de Hybride warmtepomp.
- Als Tbuiten < Ts wordt warmte toegerekend aan de Gas CV in de Hybride.
- Op deze manier kunnen we berekenen hoeveel gas de Hybride warmtepomp bespaart.
Resultaten
De resultaten zullen maandelijks worden toegevoegd zoals ze beschikbaar komen.
Hieronder een schets die laat zien wat er gebeurt met het gasverbruik als Ts naar een lagere waarde wordt geschoven.
Figuur 1
Het effect van de waarde van Ts op het gasverbruik. Dit geeft een indruk van de gasbesparing bij verschillende Ts.
Metingen
Figuur 2
Gasverbruik en Gasbesparing
Tabel 1
Verbruiken stroom en gas Saga en Hybride
| Maand | Buiten temperatuur | Saga kWh-elektrisch | Saga kWh-warmte *) | gas totaal m3 **) | Hybride gas verbruikt m3 | Hybride gas bespaard m3 | Hybride stroom kWh |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| April 2024 | 9,6 | 241,7 | 807 | 82,7 | 12,3 | 70,3 (85%) | 200,3 |
| Maart 2024 | 7,6 | 283,0 | 929 | 95,1 m3 | 14,5 m3 | 80,6 m3 (85%) | 235,3 |
| Februari 2024 | 6,6 | 318,7 | 1026 | 105,0 m3 | 28,9 m3 | 76.1 m3 (72%) | 222,8 |
| Januari 2024 | 2,8 | 599,7 | 1722 | 176,2 m3 | 126,7 m3 | 49,5 m3 (28 %) | 148,6 |
| December 2023 | 5,4 | 421,9 | 1294 | 132,5 m3 | 54,7 m3 | 72,8 m3 (59%) | 229,9 |
| November 2023 | 6,6 | 322,4 | 1028 | 105,2 m3 | 28,7 m3 | 76,5 m3 (73%) | 225,4 |
| Oktober 2023 | 12,0 | 148.6 | 522 | 53,4 m3 | 0,9 m3 | 52,5 m3 (98%) | 145,6 |
| September 2023 | 17,0 | 25,7 | 100 | 10,3 m3 | 0 m3 | 10,3 m3 (100%) | 25,7 |
*) met de Saga warmte worden de warmtevraag en het gasverbruik van de woning bepaald
**) 'gas totaal' is het gasverbruik van de woning als er geen warmtepomp is
Tabel 2
Gemiddelde buitentemperaturen stookseizoen 2023 - 2024
| Maand | Gemeten | KNMI de Bilt | KNMI de Bilt Langjarig gemiddelde 1991 tot 2020 |
|---|---|---|---|
| April 2024 | 9,8 | ||
| Maart 2024 | 6,5 | ||
| Februari 2024 | 6,6 | 8,2 | 3,9 |
| Januari 2024 | 2,8 | 3,9 | 3,6 |
| December 2023 | 5,4 | 6,9 | 4,2 |
| November 2023 | 6,6 | 7,8 | 7,0 |
| Oktober 2023 | 12,0 | 13,2 | 10,9 |
| September 2023 | 17,0 | 17,5 | 14,7 |
| Gemiddeld | 8,4 (+0,8) | 9,7 (+2,1) | 7,6 |
https://www.knmi.nl/nederland-nu/klimatologie/geografische-overzichten/archief/maand/tg
Volgens de gegevens van het KNMI is december 2023 2,7 graden warmer dan het langjarig gemiddelde van 1991 tot 2020. We gaan voor december een berekening uitvoeren met een 2,7 graden lagere buitentemperatuur, we kunnen dan zien wat het gasverbruik en de gasbesparing van de Hybride warmtepomp gaan worden bij een gemiddelde maand december.
We gaan ook voor december 2023 de waarde van Ts in stappen variëren, we kunnen dan zien hoe het gasverbruik en de gasbesparing van de Hybride warmtepomp afhankelijk zijn van Ts. Dit dan voor een zachte maand december zoals nu en voor een meer gemiddelde maand december.
Tabel 3
Gasbesparing voor december 2023 met de gemeten buitentemperatuur (59%) en met de buitentemperatuur gecorrigeerd voor de langjarig gemiddelde buitentemperatuur (38%)
| Maand | Saga kWh-elektrisch | Saga kWh-warmte *) | gas totaal m3 **) | Hybride gas verbruikt m3 | Hybride gas bespaard m3 | Hybride stroom kWh |
|---|---|---|---|---|---|---|
| December 2023 zachte winter | 421,9 | 1294 | 132,5 m3 | 54,7 m3 | 77,8 m3 (59%) | 229,9 |
| December 2023 gemiddelde winter | 494,5 | 1430 | 146,5 m3 | 90,4 m3 | 56,0 m3 (38%) | 172,7 |
Let op: Reken je niet rijk met de gasbesparing voor een Hybride warmtepomp in deze zachte decembermaand, de volgende winter kan een stuk kouder zijn !!!
Tabel 4
December 2023 - Gasbesparing bij verschillende omschakeltemperaturen en voor een zachte of gemiddelde winter.
| Omschakeltemperatuur Ts | Gasbesparing zachte winter | % | Gasbesparing gemiddelde winter | % |
|---|---|---|---|---|
| Ts = 12 | 0,0 m3 | 0% | 0,2 m3 | 0% |
| Ts = 8 | 21,7 m3 | 16% | 0,2 m3 | 0% |
| Ts = 4 | 77,8 m3 | 59% | 56,0 m3 | 38% |
| Ts = 0 | 105,7 m3 | 80% | 93,2 m3 | 64% |
| Ts = -4 | 129,1 m3 | 97% | 132,4 m3 | 90% |
| Ts = -10 Saga warmtepomp | 132,4 m3 | 100% | 146,3 m3 | 100% |
In de tabel zie je duidelijk hoe %gasbesparing afhangt van de waarde van Ts en van de klimaatomstandigheden (de zachte winter).
Tabel 4 geldt met name voor woningen van vóór 1980.
De tabel laat zien wat met de gasbesparing gebeurt bij verschillende waardes voor Ts. Voor elke waarde van Ts moet aan 2 voorwaarden worden voldaan:
1. de capaciteit van het afgiftesysteem moet groter zijn dan de warmtevraag van de woning bij Ts.
2. het warmtevermogen van de warmtepomp moet groter zijn dan de warmtevraag bij Ts.
-> Als de capaciteit van het afgiftesysteem vergroot wordt kan de warmtepomp een grotere warmtevraag aan.
-> Als de warmtevraag kleiner wordt door het verbeteren van de isolatie kan de warmtepomp tot een lagere buitentemperatuur verwarmen.
Het is nu makkelijk in te zien dat er meer gas bespaard kan worden bij een grotere capaciteit van het afgifte systeem en een betere isolatie van de woning, de warmtevraag wordt dan kleiner. Natuurlijk moet ook het warmtevermogen van de warmtepomp voldoende zijn.
Een extra voordeel van isoleren is het lagere stroomverbruik van de warmtepomp doordat de warmtevraag kleiner is. Dit geeft minder belasting van het elektriciteitsnet.
Appendix A
Verbruik woning
- Tussenwoning
- Bouwjaar 1932
- BVO 107 m2
- Isolatie tot energielabel B
- Dak
- Spouwmuren
- Begane grond kunststof kozijnen met HR++ glas
- Hybride warmtepomp 6 kW tot -10 graden
- Verbruiken:
- Gas voor woningverwarming 0 m3
- Stroom voor warmtepomp 2377 kWh stookseizoen 2023 – 2024
- Gasverbruik zonder warmtepomp 760,4 m3
Appendix B
De belangrijkste berekeningen
P-elektrisch van de kW/kWh meter op de warmtepomp
P-warmte = P-elektrisch x COP bij de actuele buitentemperatuur
m3 aardgas = kWh-warmte / 9.769
%gasbesparing = gas bespaard / gas totaal x 100%
Stroomverbruik hybride warmtepomp kWh = hybride gas bespaard x 9.769 / COP bij de actuele buitentemperatuur
Appendix C
Ruwe data, waarom en wanneer
In data en conclusies van anderen zit altijd een zekere hoeveelheid ruis. Als je innoveert met kleine stappen dan is dat niet zo erg, maar als je met grote stappen innoveert op onbekend terrein dan kunnen er grote afwijkingen ontstaan. Dit kan makkelijk gebeuren bij innovaties binnen de transities van klimaat en energie, dan heb je gewoon geen tijd om de kleine stappen uit te werken en je bent vaak op onbekend terrein.
Hier is het belangrijk om ook uit te gaan van de ruwe data!
Als voorbeeld:
Een meting, ruwe data 1 maal per minuut
20-12-2023 08:00:04 - Epoch 1703055612 $WP,3555.346,0.502,1.591,3.17,6.00,19.60
Dagrapport, waardes berekend uit de ruwe data
20-12 Tbuiten= 6.9/4.8/8.6 Qetotaal= 19.536 kWh Qewoning= 8.565 kWh QeWP= 10.971 kWh QthWP= 36.000 kWh Qgastotaal 3.685 m3 QHybrideVerbruik 0.004 m3 Qgasbespaard 3.681 m3 100 % QeHybride 10.958 #
Maandrapport, waardes berekend uit de dagrapporten
december 2023 Tbuiten= 5.4 Qetotaal= 729.929 kWh Qewoning= 308.018 kWh QeWP= 421.911 kWh QthWP= 1294.379 kWh Qgastotaal 132.499 m3 QHybrideVerbruik 54.668 m3 Qgasbespaard 77.830 m3 59 % QeHybride 229.936 #
Uit deze waardes en berekeningen is de Analyse Hybride Warmtepomp opgebouwd