Rendement van een warmtepomp in COP of SCOP?

COP is een Engelse afkorting voor Coëfficiënt Of Performance, eenvoudig te vertalen als ‘prestatiegetal of rendement’. Hoe hoger de COP, hoe hoger het rendement en dus hoe zuiniger de warmtepomp. In feite gaat het hier om het technische rendement, want het gaat om de energie. Een financieel rendement komt later in dit artikel aan de orde. De COP is de verhouding tussen de geleverde energie, dat is de afgegeven warmte, en de gebruikte energie, namelijk elektriciteit.

De COP berekenen

De formule die gebruikt wordt om de COP te berekenen is heel simpel:

COP = Geleverde energie (warmte) / verbruikte energie (elektriciteit)

Wanneer we dit in een rekenvoorbeeld gieten ziet het berekenen van de COP er als volgt uit: Een warmtepomp die 6kWh warmte aflevert en daar maar 1kWh aan elektriciteit voor nodig heeft, heeft dus een COP van 6, wat je eigenlijk kunt uitleggen als 600%. Belangrijk om erbij te vermelden is dat de waarde altijd geldt onder bepaalde omstandigheden, namelijk de temperaturen van de bron van de warmtepomp en van het afgiftesysteem.

Hoe kan een warmtepomp 6 kWh warmte leveren terwijl er maar 1 kWh elektriciteit in gaat?

Een warmtepomp haalt energie uit de omgeving, bijvoorbeeld een bron in de grond of de buitenlucht. De warmtepomp geeft deze energie af voor verwarming aan het huis of aan een boiler. Om dit voor elkaar te krijgen maakt een warmtepomp gebruik van een koudemiddel, dat wordt rondgepompt door een compressor. Om warmte aan de bron te onttrekken wordt aan de kant van de bron het koudemiddel kouder gemaakt dan de temperatuur van de bron zelf en zo wordt warmte uit de bron gehaald. Door de compressor wordt de koudemiddeltemperatuur verhoogd en getransporteerd naar het afgiftesysteem, waar de warmte wordt overgedragen aan bijvoorbeeld de cv-installatie.

De energie die op deze manier uit de omgeving, de bron, wordt gehaald, kost zelf niets en alleen de elektrische energie die nodig is voor de compressor moet worden betaald. Zo komt het dat in bovenstaand voorbeeld met 1 kWh elektrische energie 6 kWh warmte wordt geleverd en er hiervoor 5 kWh energie uit de bron wordt gehaald. Omdat die 5 kWh uit de omgeving in feite ‘gratis’ is, kun je bij een warmtepomp komen op rendementen die tot boven de 600% (= COP van 6) uit komen.

Is de COP voor iedere warmtepomp hetzelfde?

Nee, dat is niet zo, want de COP hangt namelijk van veel dingen af. De belangrijkste twee invloeden op de COP zijn de gebruikte technieken en componenten in de warmtepomp. De andere invloed gaat over twee temperaturen: de temperatuur aan de bronkant en de temperatuur aan de afgiftekant van de warmtepomp. Bij een warmtepomp worden vaak meerdere COP’s genoemd, om aan te geven wat bijvoorbeeld het rendement is bij een cv-temperatuur van 35 °C of van 45 °C.

Om aan betrouwbare COP-waarden te komen worden warmtepompen volgens gestandaardiseerde normen getest. In een laboratorium wordt hiervoor, onder vastgestelde brontemperaturen en afgiftetemperaturen, nauwkeurig gemeten hoeveel elektriciteit een warmtepomp gebruikt en hoeveel warmte hij levert. Kijk daarom altijd bij een opgegeven COP naar de bijbehorende temperaturen.

Als de COP van een warmtepomp bij dezelfde condities (o.a. dus dezelfde temperaturen) hoger is dan bij een andere warmtepomp, zijn het ontwerp van de warmtepomp en de gebruikte onderdelen beter. Meestal is een kwalitatief betere warmtepomp ook iets duurder, maar je hebt dan wel een hoger rendement gedurende de gehele levensduur van de warmtepomp.

Naar welke COP moet ik kijken bij het aanschaffen van een warmtepomp?

Bij één type warmtepomp worden vaak verschillende COP’s aangegeven. Over het algemeen kan worden gezegd: hoe kleiner het verschil in temperatuur tussen de bron van de warmtepomp en het afgiftesysteem, hoe hoger de COP, het rendement. Het is namelijk erg logisch: als de warmtepomp een temperatuur van de bron maar 25°C moet ophogen in temperatuur, kost dat minder moeite dan dat hij het 50°C moet ophogen. Je zult dus zien dat een COP bij een brontemperatuur van 0°C en een cv-temperatuur van 35°C hoger is dan bij dezelfde brontemperatuur, maar een cv-temperatuur van 45°C.

Het hoogste rendement, dus de hoogste COP, kun je bij een warmtepomp halen bij een zo laag mogelijke cv-temperatuur. Daarom is het dus heel gunstig om een warmtepomp toe te passen bij vloerverwarming of laagtemperatuur (LTV) convectoren. Wanneer je woning enkel is voorzien van radiatoren, is een warmtepomp ook vaak mogelijk. Er zijn hoge temperatuur warmtepompen die een maximale cv-aanvoertemperatuur van 70°CC - 75°CC kunnen halen. Je kan voorstellen dat de COP bij deze hoge aanvoertemperatuur hoger is dan wanneer de warmtepomp een cv-aanvoertemperatuur van 55°CC of zelfs 35°CC nodig heeft om te kunnen verwarmen. Eventueel kunnen er een paar radiatoren worden vervangen door grotere, om de benodigde temperatuur niet te hoog te laten zijn, voor een nog hoger rendement. In de markt zijn ook zogenaamde radiatorventilatoren beschikbaar, die je onder de radiatoren kunt plaatsen, waardoor je met een lagere cv-temperatuur een hoger vermogen kan leveren. Bij vloerverwarming kun je daarom het beste kijken naar de COP bij een cv-temperatuur van 35°C en bij een systeem met radiatoren bijvoorbeeld van 45°C of 55°C. Ieder huis is uniek, dus het is per situatie verschillend hoe het rendement in de praktijk precies zal uitpakken.

Hoe kun je een COP van een warmtepomp vergelijken met het rendement van elektrische verwarmingspanelen?

Bij elektrische verwarmingspanelen, zoals infrarood-panelen of elektrische radiatoren, wordt de gebruikte elektrische energie volledig omgezet in warmte. De formule voor de ‘COP’ van een elektrische verwarming is als volgt:

COP = Geleverde energie (warmte) / verbruikte energie (elektriciteit) = 1 kWh / 1 kWh = 1

Een COP van 1 geeft aan dat het rendement 100% is, want wat je er aan elektrische energie in stopt, komt er als warmte uit. Als je het rendement van een warmtepomp vergelijkt met die van elektrische verwarming, zie je dat een warmtepomp veel zuiniger is. Als de COP van een warmtepomp bijvoorbeeld 4,5 is (450%), is deze 4,5 keer zuiniger dan elektrische verwarming met een COP van 1 (100%). Een warmtepomp is meestal wel hoger qua investering, maar veel zuiniger in gebruik dan bijvoorbeeld elektrische stralingspanelen.

Een vergelijk van het rendement van een cv-ketel is iets ingewikkelder. Dit komt doordat een cv-ketel gebruik maakt van gas in plaats van elektriciteit. In een paar stappen leggen we uit hoe je dit toch kan vergelijken.

Het rendement van een cv-ketel zelf

Het rendement van een cv-ketel kun je met dezelfde formule bepalen. Je kijkt dan naar de energie die er in gaat, in dit geval gas in plaats van elektriciteit. Bij een cv-ketel wordt er overigens alleen van rendement gesproken, niet van COP.

Rendement (COP) = Geleverde energie (warmte) / verbruikte energie (gas)

Omdat er altijd een beetje warmte verloren gaat door de schoorsteen, is het rendement van een cv-ketel altijd lager dan 100%, bij een moderne HR-ketel is dit ongeveer 95%.

Waarom staat er dan bij een ketel wel eens een rendement van 105% genoemd? Dit komt omdat men de gecondenseerde rookgassen apart meetelt. Als je de warme rookgassen in de wisselaar bij een lage temperatuur laat condenseren, komt er in theorie 10% extra energie vrij, dat men dus optelt bij de 95% van de pure verbranding: 95% + 10% = 105%. Om de volledige 10% extra energie te krijgen, dient de cv-aanvoertemperatuur ca. 35°C te zijn, wat overigens in de praktijk maar beperkt voorkomt.

Het rendement van een cv-ketel met die van een warmtepomp vergelijken

Stel dat we een warmtepomp hebben met een COP van 5 en een ketel van 107%, hoe kun je dan vergelijken welke er zuiniger is?

Technisch gezien kun je eigenlijk alleen warmtepompen met warmtepompen vergelijken en cv-ketels met cv-ketels, de bekende vergelijking tussen appels en peren. Dit komt omdat aardgas als bron simpelweg anders is dan elektriciteit. Wat echter wel kan, is kijken naar een vergelijk in kosten: wat kost een zelfde hoeveelheid geleverde energie met een warmtepomp en een cv-ketel?

Voor een goed vergelijk moeten we de cv-temperaturen van beide systemen op ca. 35°C aanvoertemperatuur nemen. Hoewel een cv-ketel meestal (veel) hogere temperaturen levert, is dit voor een technisch vergelijk wel het eerlijkste. Als je het condenseren van aardgas meeneemt, hoort gerekend te worden met de calorische bovenwaarde van aardgas: Het verbranden van 1 m3 Nederlands aardgas levert 35,17 MJ op, dat is gelijk aan 9,76 kWh. Als je dus 1 m3 gas verbrandt komt er 9,76 kWh warmte vrij. Als je bij een HR-ketel rekent met enige verliezen, bijv. van 5%, blijf er 0,95 x 9,76 = 9,27 kWh aan nuttige warmte over.

Als 1 m3 gas € 1,60 kost, is de prijs voor 1 kWh bij gas 1,60 / 9,76 = €0.1655 per 1 kWh uit aardgas. Met 5% verlies van de ketel wordt het 1,60 / 9,27 = € 0,1726 per kWh geleverde warmte.

Als bij een warmtepomp, met een COP van 5, met behulp van 1 kWh elektrische energie, 5 kWh warmte wordt geproduceerd, ziet het sommetje er als volgt uit: Als 1 kWh elektriciteit € 0,35 kost, is de prijs van geleverde kWh warmte € 0,35 / 5 = 0,0700 per kWh. Een warmtepomp met een COP van 5 kan dus veel voordeliger verwarmen dan een gasketel, namelijk voor maar € 0,0700 per kWh in plaats van € 0,1726 per kWh bij een ketel.

Je zult je afvragen: maar niet iedere warmtepomp heeft een COP van 5, hoe zit het met het omslagpunt: bij welke COP wordt een warmtepomp voordeliger dan een cv-ketel?

Met een elektraprijs van € 0,35/kWh en een gasprijs van € 1,60/m3 => 0,081/kWh (zie hierboven) wordt het financiële omslagpunt als volgt: 0,35 / 0,1726 = 2,0. Dus als de COP van een warmtepomp hoger is dan 2,0 is het financieel voordeliger om te verwarmen met een warmtepomp dan met een gasketel.

Bovenstaande berekening is een momentopname, afhankelijk van de prijsontwikkelingen van gas en elektriciteit. Als de gasprijs sterker stijgt dan bij elektriciteit, zal het omslagpunt lager komen te liggen. Wat ook van belang is om te melden: gas kun je nooit zelf opwekken, elektriciteit wel, namelijk met pv-panelen. Als je genoeg stroom zelf opwekt, is de kostprijs van 1 kWh lager (je hoeft geen energiebelasting e.d. te betalen) en dit kan ten gunste werken voor een warmtepomp, wat niet kan bij een cv-ketel.

De isolatie van de woning is niet direct van invloed op de COP. Het rendement van een warmtepomp is namelijk afhankelijk van de bron- en cv-temperatuur en dus niet van de isolatie van de woning. De isolatie is wel indirect van belang voor een warmtepomp. Hoe minder goed een huis namelijk is geïsoleerd, hoe hoger het benodigde vermogen van een warmtepomp en hoe duurder de benodigde warmtepomp wordt. Als de isolatie van een woning verbeterd of goed is, kan er meestal een kleinere warmtepomp geïnstalleerd worden en kun je meestal met lagere temperaturen verwarmen, bijvoorbeeld met vloerverwarming. Het is ook niet altijd gezegd dat een (zeer) goed geïsoleerd huis altijd een geschikte cv-installatie heeft voor een warmtepomp. Als er in een dergelijk huis namelijk kleine radiatoren zijn geplaatst, die in de winter net genoeg warmte leveren bij een cv-temperatuur van 80 graden, is dit weer ongunstig voor toepassing van een warmtepomp. Kortom, bij toepassing van een warmtepomp is het van belang om het plaatje goed te bekijken, zowel de isolatie, de benodigde grootte van de warmtepomp (het aantal kW) en het cv-afgiftesysteem.

De COP wordt bepaald bij een vaste bron- en afgiftetemperatuur. Je kunt met deze waarden heel goed warmtepompen onderling vergelijken. In de praktijk echter werkt een warmtepomp nooit precies met dezelfde bron- en cv-temperaturen, waardoor zo’n COP-getal wel een goede indicatie geeft over het rendement, maar niet precies is. Omdat de cv-temperatuur en de brontemperatuur, bijvoorbeeld bij lucht/water warmtepompen, varieert gedurende het stookseizoen, heeft men de SCOP bedacht. De SCOP is de Seasonal Coëfficiënt of Performance. In feite hetzelfde als de COP, maar dan met de temperatuurinvloed van een seizoen erin verwerkt, waardoor er een soort gemiddelde COP over een jaar en op een bepaalde plek in Europa wordt weergegeven. Omdat de winters in Europa sterk verschillen, heeft men Europa verdeeld in 3 klimaatzones: Het koude klimaat, het warme klimaat en het gemiddelde klimaat. Op de energielabels van de warmtepompen kun je zien welk deel van Europa in welke klimaatzone valt. Nederland valt in het ‘gemiddelde klimaat’. In de norm en berekening die hiervoor wordt gebruikt, wordt het stookseizoen opgedeeld in korte tijdvakjes, waarbij er een aantal tijdvakken midden in de winter vallen die erg koud zijn, bijvoorbeeld -7°C maar ook tijdvakken in het voor en na seizoen zijn die niet zo koud zijn, bijvoorbeeld +7°C. Bij opgave van de SCOP wordt het deel van Europa genoemd waar het voor geldt en daarbij de cv-aanvoertemperatuur die hoort bij het gekozen afgiftesysteem. Als je voor Nederland kiest voor een vloerverwarming, kun je het beste kijken naar de opgegeven SCOP gemiddeld klimaat bij 35°C. Ook wordt er een SCOP opgegeven bij 55°C, de andere temperatuur waarvoor de SCOP standaard wordt opgegeven.

• De warmtepomp zelf. Hoe beter de warmtepomp is ontwikkeld, des te hoger de COP of SCOP wordt.
• Het verschil tussen bron- en cv-temperatuur: hoe kleiner het verschil, hoe hoger de COP. Het is dus van belang om bij een warmtepomp de juiste afstemming van bron en cv-afgiftesysteem te maken.
• Het type bron. Deze invloed is een variant op de hierboven genoemde invloed. Als de bron namelijk hoger in temperatuur is, bijvoorbeeld als je een bron in de grond vergelijkt met de buitenlucht als bron (in de winter), zal dit positief zijn voor de COP.
• Het type cv-systeem: als de warmtepomp op vloerverwarming of laagtemperatuurconvectoren wordt aangesloten, zorgt een lagere cv-temperatuur voor een hogere COP. Bij radiatoren is vaak een hogere cv-aanvoertemperatuur nodig, waardoor de COP lager is.
• Als je warm water maakt met een warmtepomp is de benodigde temperatuur hoger en is het moeilijker om een hoge COP te krijgen. Er zijn echter speciale warmtepompen voor alleen warmtapwater ontwikkeld, bijvoorbeeld warmtepompboilers, die m.b.t. buitenlucht of ventilatielucht nog een fraaie COP halen van 3,8.
• De invloed van het juiste onderhoud en bediening, niet te vergeten. Het is van belang om regelmatig onderhoud of inspectie te laten uitvoeren. Vervuilde filters bijvoorbeeld kunnen een COP negatief beïnvloeden. Als gebruiker van een warmtepomp kun je deze, bijvoorbeeld bij een ventilatielucht/water warmtepomp ook zelf in de gaten houden en op tijd wisselen.
  
  

Hoe weet ik hoeveel mijn geleverde en verbruikte energie is?

Als een warmtepomp is geplaatst, kun je een aparte energiemeter plaatsen voor de geleverde energie (warmte) en eentje voor de verbruikte energie (elektriciteit). Als die zijn geplaatst, is het mogelijk om precies te kijken hoe het zit met de energiestromen. Omdat warmtepompen vaak een combifunctie hebben, dient dit wel gesplitst te worden voor gebruik voor warm water en centrale verwarming. Voor de nauwkeurigheid en de gebruikte voltages bij een warmtepomp (vaak 3x400V) zijn dit niet de huis-tuin-en-keuken metertjes die bij de bouwhandels te koop zijn, maar professionele meters. In NOM-woningen (nul-op-de-meter) worden deze meters bijvoorbeeld toegepast. Als u eerst geen warmtepomp had en deze later in de woning is geïnstalleerd, zou je kunnen kijken naar het elektriciteitsverbruik voor- en nadat u de warmtepomp heeft gekocht, om een indicatie te krijgen van de verbruikte elektrische energie.