De ontwikkelingen en kansen voor warmtepompen

Inhoud van deze pagina

Warmtepompen kunnen efficiënt duurzame warmte produceren met behulp van (hernieuwbaar opgewekte) elektriciteit en een warmtebron. Voor een aanzienlijk gedeelte van de gebouwde omgeving wordt verwacht dat warmtepompen een belangrijke bijdrage gaan leveren in de  ‘Tweede Warmterevolutie’, die  in gang wordt gezet door het Klimaatakkoord. Ondanks dat er momenteel verschillende soorten warmtepompen commercieel verkrijgbaar zijn, lijkt het dat er nog meerdere hindernissen te overwinnen zijn voordat warmtepompen  grootschalig kunnen worden geïntegreerd in de gebouwde omgeving. Dit kennisdossier ontsluit de basiskennis en huidige ontwikkelingen van en innovatiekansen voor warmtepompen voor partijen die daarmee actief zijn of willen worden.

De warmtevoorziening in de gebouwde omgeving gaat door een fase van verandering De gebouwde omgeving moet van het aardgas af, in lijn met de doelen die gesteld zijn in het klimaatakkoord. Om de klimaatdoelen van 2050 te halen moeten bijna alle gebouwen in Nederland onderhanden genomen worden. Circa 7,5miljoen huizen en één miljoen gebouwen moeten aangepast worden tot goed geïsoleerde woningen en gebouwen die we met duurzame warmte verwarmen en waarin we duurzaam opgewekte elektriciteit gebruiken. Dat betekent dat we ruwweg 50.000 bestaande woningen per jaar moeten verduurzamen tot 2021 en dat we ruim voor 2030 al in een ;productie van ca. 200.000 verbouwingen per jaar moeten zitten. Aan de hand van semi maatwerk wordt gekozen voor de beste oplossing voor de levering van duurzame warmte per buurt/wijk. Het aansluiten op een warmtenet is voor lang niet alle gebouwen in Nederland een energie-technisch of economisch haalbareoptie. Aan de andere kant zal het maar voor een beperkt gedeelte van de gebouwen nodig zijn om waterstofgas of biogas te gebruiken voor de warmtevoorziening. Een derde mogelijkheid biedt zich aan om voor een aanzienlijk gedeelte van de gebouwen in Nederland duurzame warmte te leveren; het gebruik van een warmtepomp.

Wat is een warmtepomp?

Een warmtepomp is een apparaat dat warmte kan onttrekken uit een warmtebron zoals de aarde, oppervlaktewater, ventilatielucht-of de buitenlucht. Vervolgens kan het deze warmte opwaarderen tot bruikbare warmte voor de gebouwde omgeving. De meest gangbare warmtepomptechnologie is gebaseerd op de elektrisch aangedreven compressie, condensatie en verdamping van het koelmiddel. Dit principe is weergegeven in figuur 1. Er zijn verschillende soorten warmtepompen te verkrijgen die onderling van elkaar verschillen door de warmtebron waar ze op zijn aangesloten, de capaciteit, de gebruikte technologie en de compatibiliteit met het warmteafgiftesysteem.

Naast de compressietechnologie zijn er warmtepomptechnologieën die op andere natuurkundige principes gebaseerd zijn. In totaal zijn er 17 verschillende warmtepomptechnologieën die commercieel levensvatbaar worden geacht. Onder andere het Heat Pump Centre in Zweden publiceert regelmatig over de ontwikkeling van innovatieve warmtepomptechnologieën. Het is zinvol deze alternatieve technologieën te onderzoeken omdat deze voordelen kunnen bieden ten opzichte van de conventionele technologie. Bijvoorbeeld, alternatieve warmtepomptechnologieën zoals thermo-akoestisch, magnetocalorisch en thermo-elastisch gebruiken helemaal geen koudemiddel. Ook is geluidsoverlast bij sommige alternatieve technologieën geen zorg vanwege het ontbreken van een buitenunit.

Groeimogelijkheden warmtepompen

De Tweede Warmterevolutie biedt een vertienvoudiging van de markt voor warmtepompen voorruimteverwarming en productie van warm tapwater. In 2015 begon het consortium Meerjarenprogramma Compacte Conversie en Opslag (MJP CCO) met het opstellen van de uitdagingen die ons te wachten staan in de Tweede Warmterevolutie. De Roadmap CCO is in nauwe samenspraak met TKI Urban Energy opgezet en omvat zowel het lopende MJP CCO als de noodzakelijke activiteiten om in de komende jaren de leidende positie te bewerkstelligen. De Roadmap CCO geeft sturing aan het MJP CCO en nodigt geïnteresseerde partijen uit deel te nemen aan de Tweede Warmterevolutie en hiermee bij te dragen aan de verduurzaming van de gebouwde omgeving.

Om de toepassing van de warmtepompen een grotere vlucht te laten nemen is er in de eerste plaats een verandering van het speelveld nodig. Om deze omslag mogelijk te maken, moet de warmtepomp een zo aantrekkelijk mogelijk alternatief vormen. TKI Urban Energy voorziet dat het huidige productaanbod hiervoor verbeterd moet worden. Volgens de Nederlandse leveranciers van warmtepompen is dit lastig, aangezien ze volledig afhankelijk zijn van de ontwikkelingen bij de buitenlandse producent van de onderdelen van warmtepompen. De productie van warmtepompen in Nederland betreft voornamelijk de assemblage van ingekochte componenten tot een werkend product, passend voor de Nederlandse markt. Doordat Nederlandse producenten gewend zijn componenten in te kopen staan zij relatief ver af van de ontwikkeling van nieuwewarmtepomp werkingsprincipes. Suggesties voor innovaties kunnen nu worden aangedragen bij de buitenlands producenten, maar zelf investeren in R&D is maar tot op zekere hoogtemogelijk vanwege de grote concurrentie op de beperkte markt zoals die er tot nu toe is.

De realisatie van de ambitie van TKI Urban Energy om innovatie op productniveau te bewerkstelligen wordt hierdoor bemoeilijkt. Vorig jaar heeft TNO een roadmap voor de ontwikkeling van warmtepompen opgesteld in samenspraak met gerenommeerde producenten, afnemers en gebruikers, met het doel gerichter samen te werken in innovatieprojecten. Om de kennispositie van Nederlandse bedrijven te versterken ten bate van een betere internationale concurrentiepositie is gezamenlijke R&D nodig. Echter, de Nederlandse warmtepompsector prioriteert momenteel de uitrol van bewezen concepten en de hiervoor benodigde procesinnovatie en marktontwikkeling in de bouw. Een ander heikel punt uit de TNO roadmap is de zorg dat er niet genoeg warmtepompinstallateurs zijn om de doelstellingen van het Klimaatakkoord te behalen. Naast deze zorgpunten staan er ook een aantal groeimogelijkheden aangemerkt, die hieronder per innovatiethema wordt beschreven.

Geluidsreductie

Het buitendeel van de luchtwarmtepomp veroorzaakt geluid, en kan daarmee afhankelijk van hoe men een buitendeel plaatst, leiden tot geluidsoverlast. Daarnaast zijn er ook in absolute zin zeer geluidsarme warmtepompen beschikbaar, echter deze hebben een in afmetingen beduidend groter buitendeel, en zijn duidelijk duurder dan de gemiddelde uitvoering. TKI Urban Energy stimuleert de ontwikkeling van innovaties voor geluidsreductie, zoals antigeluid of alternatieve warmtepomp mechanismen.

Koudemiddel

Het koudemiddel zorgt voor de warmteverplaatsing in een warmtepomp. Er zijn meerdere koudemiddelen die onderling verschillen in efficiëntie, temperatuurbereik, brandveiligheid, giftigheid en duurzaamheid. In hoofdlijnen kunnen koudemiddelen worden onderverdeeld in twee categorieën, synthetische en natuurlijke koudemiddelen. Onder de synthetische koudemiddelen behoren de (H)CFK’s, HFK’s en HFO’s, die stap voor stap onder begeleiding van een EU verordening de komende jaren worden uitgefaseerden enkel binnen een strenge quotering nog beschikbaar zijn. Hiermee wordt de overstap naar natuurlijke koudemiddelen afgedwongen en slechts een kwestie van tijd. Onder de natuurlijke koudemiddelen behoren water (R718), CO2, NH3 en koolwaterstoffen. De natuurlijke koudemiddelen zijn minder schadelijk voor het milieu vanwege de lage Global Warming Potential (GWP) waarde (orde grootte 1-10).Door wetgeving wordt het gebruik van synthetische koudemiddelen structureel teruggedrongen, en wordt er meer aandacht besteed aan natuurlijke alternatieven. Een andere manier om schadelijke koudemiddelen te vermijden is door warmtepompen te ontwikkelen die geen koudemiddel nodig hebben.

Ruimtegebruik/inpasbaarheid

Dat de warmtepomp slechts een onderdeel is van de warmtevoorziening in de gebouwde omgeving wordt nogal vaak over het hoofd gezien. Naast de warmtepomp zijn de warmtebron, het afgiftesysteem en eventueel de warmteopslag, alle met bijbehorende infrastructuur, onderdelen van het systeem dat warmte levert. Het ruimtegebruik van deze onderdelen, en daarin de inpasbaarheid van de warmtepomp in het geheel, is een belangrijke innovatierichting. De mogelijke integratie van het warmtesysteem met bouwdelen en de inpasbaarheid in slimme netten zijn daarnaast ook van essentieel belang voor een succesvolle implementatie van warmtepompen in de gebouwde omgeving. Binnen het innovatieprogramma van TKI Urban Energy komen deze innovatiethema’s terug in programmalijn (PL) 4, PL5, MMIP1 en MMIP3. De compatibiliteit van warmtepompen in slimme netten wordt onderzocht in TKI Urban Energy projecten onder PL 4 en 5, waarover andere kennisdossiers op onze website meer informatie geven.

Er zijn ook andere manieren om groeimogelijkheden voor de ontwikkeling van de warmtepompen te identificeren. Afgaand op wat consumenten momenteel als grootste belemmeringen zien in de aankoop van warmtepompen kan worden ingeschat op welke aspecten de warmtepomp het meest terrein kan winnen in populariteit bij de consument. Een andere manier is om bij de producenten, leveranciers en installateurs van warmtepompen te onderzoeken wat de grootste belemmeringen zijn in de het productie en installatieproces.

Inzicht vanuit de consument

Milieu Centraal onderzocht recentelijk de meest voorkomende argumenten voor en tegen de aanschaffing van een (hybride) warmtepomp. De drie meest genoemde redenen voor de aanschaf van een warmtepomp zijn, van hoog naar laag:

  1. Duurzaamheid/klimaat,
  2. Aardgasreductie/gasloos,
  3. Kostenbesparing.

Verder komt er nog in de top 20 voor: (8) toekomstgericht, (12) onafhankelijkheid en (15) subsidie. Het mag duidelijk zijn dat de consument die geïnteresseerd is in de aanschaf van een warmtepomp als grootste drijfveer heeft om minder aardgas te gebruiken omwille van het klimaat, gevolgd door de mogelijke kostenbesparing veroorzaakt door aardgasreductie.

De vijf meest genoemde redenen tegen de aanschaf van een (hybride) warmtepomp zijn, in volgorde van hoog naar laag:

  1. Hoge kosten,
  2. Niet handig door woon/leefsituatie,
  3. Terugverdientijd te lang,
  4. CV-ketel nog niet aan vervanging toe,
  5. Voorkeur volledig aardgasloos.

Verder in de top 20 redenen staan ook nog (9) ruimtegebrek, (15) geluidsoverlast en (16) onzekerheid over warmte-afgiftesysteem. Het is duidelijk dat de hoge prijs en de lange terugverdientijd de grootste belemmeringen zijn voor de mensen die geen (hybride) warmtepomp aan zouden schaffen. Een ongeschikte woon- of leefsituatie is daarna veel gehoord.

Een minder gehoord maar toch significant bezwaar is onzekerheid over de geschiktheid van de warmtepomp. De twijfel of de huidige warmtepompen wel ‘goed’ genoeg zijn om een huis te verwarmen en warm tapwater te produceren lijdt tot een afwachtende houding. Ook de groep mensen die geloven dat de warmtepomptechnologie nog in de kinderschoenen staat wacht liever af, gevoed door de hoop dat innovaties de warmtepompen beter én goedkoper zullen maken in de nabije toekomst.

Inzicht vanuit de warmtepompsector

In het nationaal Warmtepomp Trendrapport 2018, gepresenteerd op de Warmtepomp Business Day 2018, staan resultaten van 131 respondenten uit de warmtepompenbranche. Naast een overzicht van de huidige status van de warmtepompsector, ruim een half miljard omzet, 8663 fte en 13785 geïnstalleerde warmtepompen in 2017, geeft het rapport ook een voorspelling van de verwachte verkoop.

De warmtepompsector bestaande uit onder andere leveranciers en installateurs laten een ander geluid horen. In het rapport van TNO over de roadmap voor warmtepompen staan een aantal innovatielijnen uitgewerkt. De zes belangrijkste innovatielijnen voor de ontwikkeling van warmtepompen in Nederland zijn:

  • De compatibiliteit met Smart Grids,
  • Integratie met andere installaties en bouwdelen,
  • Geluidsreductie,
  • Alternatieve warmtepomptechniek,
  • Andere koudemiddelen,
  • Innovaties in productielijn/opschaling.

Deze innovatiethema’s vereisen bijna allemaal gezamenlijk onderzoek waarbij subsidiëring een cruciale katalysator is. De compatibiliteit van warmtepompen in slimme netten wordt onderzocht in TKI Urban Energy projecten onder programmalijn (PL) 4 en 5, waarover andere kennisdossiers op onze website meer informatie geven. De andere belangrijke ontwikkelgebieden wordt hieronder beschreven.

Overzicht

De groeimogelijkheden en de inzichten vanuit de consument en vanuit de industrie zijn samen te vatten in grofweg twee innovatievelden: (1) de inpasbaarheid en (2) de totale levensduurkosten van warmtepompen. Aangevuld met belangrijke inzichten vanuit het netwerk van TKI Urban Energy kan de een schets worden gemaakt, te zien in onderstaand figuur.

Illustratie met twee innovatievelden: 'inpasbaarheid' en 'TCO'. Deze innovatievelden bevatten meerdere innovatiethema's die relevant zijn voor de verdere ontwikkeling van warmtepompen. Zowel thema's aan de rechterzijde als linkerzijde hebben innovaties nodig.

In deze illustratie zijn twee gekleurde gebieden te zien, die de ‘zachte’ kant van de inpasbaarheid-gerelateerde onderwerpen aan de linkerzijde en de ‘harde’ kant van de kosten aan de rechterzijde weergeven. Om de integratie van warmtepompen in de gebouwde omgeving sneller en soepeler te laten verlopen is innovatie nodig in beide gebieden. In de twee innovatievelden staan verschillende onderwerpen vermeld die aangemerkt zijn als zeer relevant. Dit zijn de onderwerpen waar verbetering of vernieuwing de meeste impact kan maken en waar de warmtepompsector zich op kan richten in (toekomstige) innovatieprojecten.

Voorlopig blijven de kosten voor de consument het belangrijkste aspect. Daarom hebben de initiatieven die zich bezighouden met kostenreductie, zoals de integratie van warmtepompen met andere installaties en bouwdelen en de innovaties in productielijn/opschaling, veel potentie om de warmtepomp aantrekkelijk te maken. Er is een schijnbare wisselwerking tussen de twee innovatievelden, namelijk dat warmtepompen met een verbeterde inpasbaarheid hogere kosten hebben, en vice versa. Het is dus belangrijk dat er innovatieprojecten komen die verbeteringen in beide innovatievelden onderzoeken.

Warmtepompprojecten binnen TKI Urban Energy

Momenteel zijn er elf innovatieprojecten van TKI Urban Energy die de ontwikkeling van warmtepompen als centraal onderdeel hebben. Geclusterd per onderwerp worden deze hieronder kort beschreven. 

Een andere bron?

De warmtebron is een essentieel onderdeel van het warmtesysteem waar de warmtepomp onderdeel van uitmaakt. Waar grondwarmte, de buitenlucht of oppervlaktewater als conventionele warmtebronnen worden gezien, zijn er een aantal alternatieve bronnen zoals zonne-warmte, ventilatielucht en rioolwater. Er zijn verschillende innovatieprojecten die onderzoeken in hoeverre het mogelijk en wenselijk is deze alternatieve warmtebronnen te gebruiken.

Het project MINI ontwikkelde een ventilatiewarmtepomp die warme ventilatielucht gebruikt als bron. Het project was een samenwerking van Inventum en Eneco en had als doel om een kleine toevoeging aan bestaande warmtepompen te ontwikkelen. Door relatief kleine structurele besparing te realiseren kan er op grote schaal significante besparingen in het Nederlandse gasgebruik worden bewerkstelligd. Een ander project dat gebruik maakt van een ventilatiewarmtepomp is de Groene Combi. In dit concept wordt de hete lucht die onder invloed van de zonnestraling onder de PV panelen ontstaat en vastgehouden wordt door de dakisolatie gebruikt als bronwarmte voor de ventilatiewarmtepomp. Het gebouw-geïntegreerde zonnedak produceert zo naast elektriciteit ook warmte. Wat het project uniek maakt is de integrale aanpak, waardoor het dak, de zonnepanelen en de warmtepomp perfect op elkaar afgestemd zijn.

Een ander project dat gebruik maakt van zonnecollectoren als warmtebron is het PVT InSHaPe project. In theorie is deze combinatie in staat om een nieuwbouw- en zelfs een bestaande woning energieneutraal te klimatiseren. Deze combinatie van zonnecollectoren en water-water warmtepomp heeft een hoge TRL, dus zal bij positieve resultaten snel op de markt te verkrijgen zijn. In het PVT InSHaPe project wordt dit integrale verwarmingsconcept ontworpen, gerealiseerd en gevalideerd. Randvoorwaarden als installatiegemak, regelgeving, en financiële aspecten worden ook onderzocht. Dit leidt tot functionele eisen en, de energieprestaties worden gesimuleerd en daarnaast wordt een regeling ontworpen. De rapportage van dit project wordt verwacht medio 2019.

Het project Solar Freezer richt zich op het ontwikkelen en leveren van een warmtepompinstallatie voor woningen zonder toepassing van buitenlucht of een bodemsysteem als bron. In plaats daarvan wordt een grote buffer in de kruipruimte geplaatst, waarin de latente warmte van de faseovergang van water naar ijs als bron voor de warmtepomp wordt gebruikt. In zomerbedrijf wordt de buffer geladen vanuit een laagwaardige zonnecollector (energiedak), welke in het tussenseizoen ook als bron kan functioneren. Het energiedak wordt geplaatst achter PV panelen (PV-T combinatie). Doordat in de zomer de ijsbuffer wordt ontdooid wordt omgekeerd ook koeling geleverd aan de PV panelen, waardoor de opbrengst van de PV panelen omhoog gaat. De Solar Freezer kent lagere investeringskosten dan een bodem-warmtepomp, heeft geen onaantrekkelijk buitendeel dat geluid produceert en zal naar verwachtingen een hoge Seasonal Coefficient of Performance (SCOP) realiseren. Inmiddels is de Solar Freezer te verkrijgen op de markt, na de eerste succesvolle praktijktesten.

Hoge of lage temperaturen?

De ‘TT68’ Warmtepomp is ontwikkeld door de firma Linthorst in het project Intelligente Warmtepomp. Deze hoge temperatuur (HT) warmtepomp maakt gebruik van een warmte en koude opslag (WKO), en kan onder hoge efficiëntie verwarmings- en tapwater verwarmen tot 85˚C. Een voorbeeld is het Jacques Urlusplantsoen te Leiden waarin 450 wooneenheden all-electric worden voorzien van warmte en tapwater tot 85 ˚C met een 1,6 MW HTWP vanuit een 200 m3/h bron, zoals te lezen op deze website.   

In plaats van het onderzoeken hoe warmtepompen geschikt kunnen worden voor een hoge temperatuur afgiftesysteem, staat een lage temperatuur (LT) afgiftesysteem in het project WINST centraal. De warmtebehoefte van de gebouwde omgeving is van dezelfde ordegrootte als de restwarmte die Nederland nu loost. Het project onderzoekt daarom ook wat de randvoorwaarden en de consequenties zijn van een warmte-infrastructuur die is gebaseerd op een lage temperatuur warmtenet met een aanvoertemperatuur tussen de 30°C en 60°C. In vijf deelonderzoeken worden onder andere de LT warmtebronnen, de warmte-infrastructuur en de overall business case onderzocht. Dit project wordt gedragen door de unieke samenwerking tussen DNV GL, TU Eindhoven, Thermaflex, V&S Hanab en IF Technology.

Een nieuw hart

Een technisch alternatief voor het momenteel meest gangbare principe van een elektrisch aangedreven compressor is een thermisch aangedreven adsorptiewarmtepomp. Het principe van adsorptiewarmtepompen is hetzelfde als van absorptiewarmtepompen. Het verschil is dat de adsorptiemachine werkt met vaste-stof-sorptie en de absorptiemachine met vloeistofsorptie. Een adsorptiewarmtepomp kan worden toegepast als compacte en efficiënte gasgestookte warmtepomp. AWP-technologie berust anno 2018 vooral op (aard)gas als bron van hulpenergie. Momenteel wordt de techniek vooral op grotere schaal in de utiliteitsbouw toegepast. De AWP 1 t/m 5 projecten richten zich op toepassing in bestaande woningen en hebben de ambitie om zonthermie in plaats van aardgas als thermische bron te gebruiken. Door het lage gewicht is het systeem geschikt voor binnenplaatsing; de afmetingen zijn vergelijkbaar met die van een grote HR-ketel. De warmtepomp kan via een dakdoorvoer buitenlucht als warmtebron gebruiken en hij kan worden aangesloten op traditionele HT-radiatoren. Wegens confidentialiteit zijn rapportages niet publiek beschikbaar.

Een van de nieuwe warmtepomptechnologieën is gebaseerd op het thermo-akoestische principe. Door het gebruik van geluidsgolven kan warmte en koude gescheiden worden. Het project CTWB ontwerpt, fabriceert en test een compacte Thermo-Akoestische (TA) warmtepomp met een vermogen van 1kW met een loop met 50 bar Helium. Dit project vind plaats op basis van een licentie van ECN tot 100 kW. Als basis dient een bestaande compacte laboratorium TA-WP van 240 W die verbeterd en opgeschaald wordt naar 1 kW. Dit kan door een nieuwe aandrijving waarin door toepassing van een innovatieve afdichting een veel hoger rendement kan worden behaald. Het technisch prototype wordt ook aan een praktijkproef onderworpen. De resultaten van dit project worden verwacht in september 2019. De Technology Readiness Level (TRL) van de thermo-akoestische warmtepomptechnologie ligt rond de 6, wat betekent dat de technologie nog niet commercieel beschikbaar is op de korte termijn.

Een andere innovatieve warmtepomptechnologie is de magnetocalorische (MC) warmtepomp. Deze technologie maakt gebruik van het magneto-calorische effect, waar speciale magnetische materialen voor nodig zijn. De actuele kennisbarrière is de beschikbaarheid en produceerbaarheid van MC-materialen met de juiste MC-eigenschappen. Drie projecten binnen het innovatieprogramma van TKI Urban Energy ontwikkelen momenteel betere MC-materialen en onderzoeken hoe de industriële productie kan worden opgeschaald.

Het productieproces van geschikte metalen voor MC-warmtepompen is nog niet geoptimaliseerd en er ontbreekt nog veel wetenschappelijk onderzoek naar het smeltproces. Door het uitvoeren van vele experimentele onderzoeken in een nieuw project, hoopt de TU Delft in samenwerking met in samenwerking met de Stichting tot Bevordering van de Plasmafysica en BASF Nederland meer inzicht te verkrijgen in de verschillende syntheseroutes voor geschikte magnetische materialen voor het gebruik in MC warmtepompen.

Hetzelfde consortium onderneemt in een ander project een systematische zoektocht naar nieuwe materialen met verbeterde eigenschappen, waarbij de focus uitsluitend gericht is op niet-giftige materialen die in overvloed aanwezig zijn op aarde. Het project wordt uitgevoerd door de TU Delft in samenwerking met de Stichting tot Bevordering van de Plasmafysica en BASF Nederland. Momenteel wordt er met behulp van meerdere subsidieregelingen verder gewerkt aan het optimaliseren van materialen met MC-eigenschappen. De technologie bevindt zich nog in laag TRL dus staat nog ver van demo projecten in warmtepompen of implementatie in de markt.

Daarnaast ontwikkelt het deelproject 3.4 van het Project CCO een werkende magneto- calorische warmtepomp voor kleinschalige koeling/verwarming in de gebouwde omgeving (lab-model).

Toekomstvisie warmtepomp

Aan de hand van de ontwikkelingen en de kansen voor warmtepompen kan er een toekomstvisie voor warmtepomp innovaties worden opgesteld. De visie dient als stip op de horizon voor nieuwe innovatieprojecten en geeft richting aan het innovatieprogramma van TKI Urban Energy op het gebied van warmtepompen. Deze visie is ontwikkeld met behulp van het opstellen van Meerjarig Missiegedreven Innovatieprogramma voor duurzame warmte en koude in de gebouwde omgeving (MMIP 4). In dit document zijn de kennis- en innovatieopgaven opgesteld om een missie te helpen realiseren die vragen om een langjarige commitment en programmatische aanpak.

Het is evident dat er een grote rol is weggelegd voor de warmtepomp in de Tweede Warmterevolutie, waarin de volledige warmtevoorziening in de gebouwde omgeving moet worden verduurzaamd. Voor de consument is het voorlopig nog niet voldoende aantrekkelijk om - zonder verdere verbeteringen- op korte termijn en massaal warmtepompen aan te schaffen. De Nederlandse warmtepompsector groeit hard maar is nog afhankelijk van buitenlandse leveranciers voor de componenten, waardoor productinnovatie lastig te bewerkstelligen is in Nederland. Desondanks heeft de warmtepompsector ook baat bij een richtinggevende visie, zodat zij doelgerichter kunnen sturen op waar zij verschil willen maken.

Schematisch overzicht van de innovatieopgaven voor warmtepompen

Daarom zijn er een aantal KPI’s met bijbehorende streefwaarden opgesteld die dit kunnen doen voor een aantal innovatiethema’s voor warmtepompen, zoals te zien is in bovenstaande illustratie. De verwachting is dat zodra deze streefwaarden gehaald zijn door commercieel verkrijgbare warmtepompen, de weg volledig open staat voor grootschalige en snelle integratie van warmtepompen in de gebouwde omgeving, waar dat zinvol is.

De minimale WP doelstellingen voor de rendementen van verschillende type warmtepompen zijn in onderstaande tabel vastgesteld voor 5 en 10 jaar.

 

2019

Doel in 2025

 

 

Doel in 2030 

 

 

ƞ

Ruimte verwarming

Tap

water

 
Koeling

Ruimte

verwarming

Tap

water

Koeling

Ruimte

verwarming

Tap

water

Koeling

 

ƞh;gen

ƞw;gen

ƞc;gen

ƞh;gen

ƞw;gen

ƞc;gen

ƞh;gen

ƞw;gen

ƞc;gen

L/W WP

4,25

1,75

3

5,25

2,50

4

5,75

2,75

4,5

W/W WP

5,50

3

45

6,00

3,50

50

6,50

3,75

55

In onderstaande tabel zijn KPI’s opgesteld met streefwaarden voor 5 en 10 jaar. Onder de tabel wordt verder ingegaan welke aannames hiervoor zijn gebruikt. 

Systeem KPI

2019

Doel 2025

Doel 2030

Investeringskosten1

Referentiejaar

 

50 % reductie

Operationele kosten (€/jaar)2

Referentiejaar

 

50 % reductie

SPF3

 

 

 

L/W:                                          LTV

4

5

5,5

Warmtapwater

1,75

2

2,5

                                                   Koeling

3

4

4,5

W/W:                                        LTV

5,5

6

6,5

Warmtapwater

2,5-3

3,25

3,5

                                                   Koeling

45

50

55

Geluid (dB)4

 

 

40/30/27

GWP5

1430 – 3950

 

< 5

Systeemintegratie6

 

Smart grid ready

Smart grid friendly

1. Die betreft de kosten voor de consument voor de warmtepomp geïnstalleerd in woning, inclusief boilervat en regeling, excl BTW, afgiftesysteem (-aanpassingen), na-/zone-regeling van het afgiftesysteem, bron(-nen) / bron-voorzieningen. 50% kostenreductie betreft 30% reductie t.o.v. kosten referentiejaar 2019 en aanname 10 jaren inflatie van 2% per jaar. Ordegrootte inschatting 2019 bij bepaald vermogen warmtepompen:

  • 2.5 kW                €3950
  • 5 kW                   €4725 
  • 7.5 kW                €5500
  • 10 kW                 €6250

2. Operationele (onderhoud & beheer, niet zijnde fueling cost) kosten (€/jaar), Ordegrootte inschatting 2019:

  • Voor L/W warmtepomp : €100, per jaar.
  • Voor W/W warmtepomp: €50, per jaar.

3. COP en SPF sterk afhankelijk van vraagprofiel, KPI’s gedefinieerd voor de relevante toepassingen binnen de gebouwde omgeving in 2030 en verder (nieuwbouw, renovatie). Lage Temperatuur Verwarming, LTV, warm tapwater en Koeling. Systeemaspecten moeten hierbij meegenomen worden[1].

4. Onderscheid wordt gemaakt tussen buiten en binnengeluidsbelasting. Opgenomen waardes zijn respectievelijk buiten (op perceelgrens), binnen (verkeersruimte, bv gang), binnen (verblijfruimte, bv woonkamer/slaapkamer)

5. De momenteel meest gebruikte koudemiddelen, de zogeheten HFK’s of f gassen, hebben bij vrijkomen een sterk broeikaseffect.  GWP = Global Warming Potential Koudemiddel types koudemiddlen: R404A – 3950;  R410A – 2088;  R407C – 1774;  R134a – 1430.

6. Smart Grid ready: aansturing via het smart grid mogelijk (o.a. monitoring kritische functies, aan/uitzetten bij dreigend grid congestie (link met MMIP 5)), Smart grid friendly: actief bijdragen aan gridontlasting (oa. model predictive control, regeling en actieve sturing op wijkniveau, inclusief opslag (link met MMIP 5).

 

[1] Beta factor 1gesteld. Gemiddeld gewogen jaarrendement (SPF, incl bronpomp/ventilator cf. berekeningsmethode NEN7120 A1-2017 of de NEN7120/NTA8800 bepalingsmethode), aanvoertemp max. 35C Woning: QH;dis/Ag;tot=<150MJ/m2 (WLE) Tapwater: Qw; dis;nren;an 1 6500 MJ/Jaar (klasse 1) Ventilatie Systeem D of systeem C zonder overventilatie (NEN1087); uitgangspunt 30dm3/s

Over TKI Urban Energy

De Topsector Energie biedt jaarlijks 100 miljoen euro subsidie aan projecten en onderzoek op het gebied van energie-innovaties. Op basis van de innovatieagenda stelt TKI Urban Energy jaarlijks een innovatieprogramma op voor het daaropvolgende kalenderjaar. Dit doet zij in nauwe samenwerking met gerenommeerde bedrijven en kennisinstellingen die op dit gebied actief zijn. TKI Urban Energy is een onafhankelijke stichting met drie hoofddoelen: kennisdisseminatie, consortiumvorming en programma-ontwikkeling voor duurzame energie innovaties. Wilt u meer te weten komen over de visie en de aandachtspunten van TKI Urban Energy?Of heeft u een innovatieproject dat binnen een van onze programma’s past? Dan komt u wellicht in aanmerking voor subsidie. Kijk hier voor een overzicht de uitstaande Urban Energy tenders. Een totaaloverzicht van de subsidies binnen het werkgebied van de TKI Urban Energy vindt u hier.