Hoe Werkt Een Warmtepomp In De Praktijk

In 2015 waren we op zoek naar een ander huis in Haarlem. We stuitten daarbij op een nieuwe wijk die in 2006 aan het Spaarne gebouwd is. De woningmarkt was net ontwaakt uit een diepe winterslaap dus er stond het een en ander te koop. Het waren moderne huizen, heel anders dan het typische jaren ’30 huis dat we zojuist verkocht hadden, net aan de andere kant van de rivier. Het interessantste ontdekten we pas na een bezoek. Het bleken vooruitstrevende eco-woningen te zijn, waarvan een groot aantal beschikte over een warmtepomp. We deden een bod en eind 2015 namen we onze intrek in ons nieuwe huis. We konden van het gas af, al had toen niemand het daar nog over.

Toen we de energiekosten bekeken, bleken die wel een stuk lager dan in ons vorige huis, maar toch niet zo laag als we verwachtten. Reden om eens wat dieper in het fenomeen warmtepomp te duiken. Dat leidde tot verontrustende conclusies.

2012-07-12_Schoolenaer-01_0.jpg
Foto: Blauwhoed-Eurowoningen

Een onderzoek in deze Haarlemse wijk laat zien dat aan de belofte van een gasloze toekomst een hoog prijskaartje hangt. De warmtepomp wordt opgevoerd als technisch alternatief voor de CV-ketel. Volgens modelberekeningen kan de warmtepomp economisch echter pas concurreren met de CV-ketel als de gasprijs naar ca. €0,98 per m3 verhoogd wordt, tegenover ca. €0,64 nu (Nov 2017).

In de praktijk blijkt echter dat warmtepompen nog aanzienlijk slechter presteren dan volgens modelberekeningen. Met deze prestatie zou de gasprijs ongeveer moeten verdubbelen naar €1,24 per mvoordat de warmtepomp economisch kan concurreren met de CV-ketel. Hier dringt de vergelijking met de sjoemeldiesels uit de autoindustrie zich op: mooie resultaten op de rollenbank, maar veel slechtere prestaties in de praktijk van alledag.

Een dergelijke verhoging van de gasprijs zal voor veel huishoudens die niet zo simpel van het gas af kunnen echter desastreus uitpakken. De verwarmingskosten voor een gemiddeld huishouden stijgen in dat geval met ca. €938 per jaar. Maar ook huishoudens die wel kunnen investeren in gasloze oplossingen zullen hun totale kosten sterk zien oplopen, tenzij zij nieuwbouw kopen.

Eigenlijk is dan ook de fundamentele conclusie van dit onderzoek dat Nederland alleen echt van het gas af kan als veel oude woningen worden afgebroken en vervangen worden door nieuwbouw die aan de hoogste standaarden van energie efficiëntie voldoet. In de sociale woningbouw kan deze opgave bij woningcoöperaties neergelegd worden. In de particuliere sector zullen woningeigenaren hier echter zelf voor op moeten draaien.

Green deal op zoek naar warmte zonder gas

We schijnen van het gas af te moeten. Op 8 maart 2017 hebben de Ministeries van Economische Zaken, Infrastructuur, Milieu, Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties met 31 gemeenten en hun Vereniging Nederlandse Gemeenten, met 5 regionale netbeheerders en hun branchvereniging Netbeheer Nederland, en met de verzamelde Provincies, een belangrijke Green Deal gesloten.
De strekking van deze Green Deal is dat partijen de komende jaren proefprojecten gaan opzetten om wijken aardgasvrij te maken. Dit ter voorbereiding op een transitie die er uiteindelijk toe moet leiden dat heel Nederland tegen 2050 gasloos kan functioneren. Deelnemende gemeenten, waaronder Haarlem, omarmen deze doelstelling en proberen elkaar zelfs de loef af te steken met nog ambitieuzere doelen. Zo wil de Gemeente Haarlem al in 2040 gasloos zijn. Ook het nieuwe kabinet neemt deze ambities over.

Green deals en proefprojecten zijn geschikt om nieuwe technologie uit te testen. Eventueel kan met gerichte subsidiëring nieuwe technologie op gang geholpen worden. Massale acceptatie en invoering is echter alleen mogelijk als deze nieuwe technologie zijn eigen kosten kan dragen. Echt hard gaat het pas als nieuwe technologie duidelijke kostenvoordelen oplevert ten opzichte van bestaande oplossingen. Dit is het grote dilemma van de energietransitie. Er is veel nieuwe technologie, maar het economisch rendement, zonder directe subsidie of belastingvoordelen, is vaak pover of geheel afwezig.

Deze Green Deal heeft enige publiciteit opgeleverd, al lijkt de werkelijk impact nog niet echt te zijn doorgedrongen. Het is een grote ambitie met een enorme reikwijdte voor de Nederlandse economie en de portemonnee van vrijwel alle huishoudens. Er zijn in Nederland op dit moment ca. 7 miljoen kleinverbruik aansluitingen gas. Dit gas wordt overwegend gebruikt voor het verwarmen van ruimtes, het verwarmen van water voor badkamer en keuken, en voor voedselbereiding. Het gaat in hoofdzaak om woningen en bedrijfspanden, en om alle variaties die daarin bestaan, qua type, grootte, ligging, ouderdom, technische staat, eigendom, beheer en financiering.

De Green Deal leidt tot veel vragen bij woningbezitters die de komende tijd voor een verhuizing, verbouwing of vervanging van hun CV-ketel staan. 2050 is immers slechts 33 jaar van ons verwijderd; 2040 slechts 23 jaar. In deze periode moet volgens deze doelstelling vrijwel iedere woning in Nederland grondig op de schop om een gasloze toekomst te bereiken. Dit zijn meer dan 200.000 woningen per jaar vanaf nu. Een monumentale opgave.

In Haarlem is in 2006 aan het Spaarne een nieuwe wijk gebouwd die in potentie geheel gasloos had kunnen functioneren. De wijk bestaat uit 119 luxe koopwoningen, met een gemiddelde oppervlakte van 182 m². De woningen zijn ‘state-of-the-art’ gebouwd waar het gaat om isolatie-waarden en voorzieningen om het energieverbruik te beperken. Zeer goede vloer-, wand- en dakisolatie, HR++ glas, sedum daken, zonneboilers ter ondersteuning van de warmwaterbehoefte, vloerverwarming door de hele woning, balansventilatie met warmteterugwinning. Veel beter wordt het niet.

Voor de verwarming hadden de eerste kopers de keuze tussen een warmtepomp die warmte uitwisselt met bodem en grondwater onder de woningen, of een traditionele gasgestookte HR-ketel. 75 kopers kozen voor een warmtepomp. De andere 44 bewoners kozen voor een gewone CV-ketel. Alle woningen hebben een gasaansluiting, ook de woningen met een warmtepomp. Hier wordt gas nog veel gebruikt voor koken. 15 woningen functioneren daadwerkelijk gasloos.

10 jaar na oplevering is het interessant om eens te kijken hoe dit nu uitpakt. Hierbij gaat het niet om het principe. Woningen kunnen inderdaad prima gasloos functioneren. Maar wat betekent dit voor het comfort van de bewoners, voor de nagestreefde effecten op de uitstoot van broeikasgas CO2, en voor de energiekosten van de bewoners. Een kijkje in de gasloze toekomst.

Praktijktoets Haarlem

In een ander artikel op deze site rekenen we voor hoe het rendement van een warmtepomp bepaald wordt. Volgens de gangbare modelberekeningen is het rendement al niet om over naar huis te schrijven. Uit deze berekeningen volgt dat een bodem warmtepomp gedurende een levensduur van 15 jaar, slechts ongeveer de helft van de extra investeringskosten ten opzichte van een traditionele CV-ketel terugverdient. Laten we nu eens kijken wat daar in de praktijk van onze Haarlemse ecowijk van terecht komt. De wijk biedt een tamelijk unieke kans om beide verwarmingssystemen na een langere gebruiksperiode (10 jaar) te vergelijken, in een reële situatie, zonder de typische gedrag- en meeteffecten binnen een voor dit doel opgezet proefproject.

2012-07-12_Schoolenaer-03_0
Foto: Herman van Doorn

De woningen met een CV-ketel hebben een gasverbruik van 917 m³. Dit is aanzienlijk minder dan het landelijk gemiddelde van 1.600 m³. Hierbij moet bedacht worden dat het oppervlak van deze woningen met 157 m² ruim 2x zo groot is als het gemiddelde oppervlak van een woning in Nederland (75 m²). Isoleren helpt! De hoge isolatiewaarden van deze woningen zijn duidelijk terug te zien in het relatief lage gasverbruik. De woningen met een CV-ketel zijn gemiddeld wat kleiner dan de woningen met een warmtepomp. Dat heeft weinig met de techniek te maken, waarschijnlijk meer met de portemonnee van de eerste bewoners. Voor dit verschil in oppervlak hebben we de berekeningen uiteraard gecorrigeerd.

Het elektriciteitsverbruik van de CV-woningen is voor alle andere toepassingen dan verwarming. Dit verbruik ligt met 4.134 kWh iets boven het landelijk gemiddelde (3.500 kWh). Oppervlakte doet hier minder ter zake. Gezinsgrootte des te meer. Het is een relatief kinderrijke buurt, wat een verklaring kan zijn voor het wat hogere stroomverbruik. Ook het permanent draaiende ventilatiesysteem zal een bijdrage leveren aan dit hogere verbruik.

Als we dit stroomverbruik ook aanhouden voor de warmtepomp woningen, dan zal het extra stroomverbruik van deze woningen toe te schrijven zijn aan de warmtepomp installatie. Omgekeerd kan het gemiddelde gasverbruik van deze woningen (25 m³) model staan voor het kookgas dat gemiddeld verbruikt wordt. Deze aanname betekent dat de CV-woningen 892 m³ gas voor verwarming verbruiken, terwijl de warmtepomp woningen 3.271 kWh extra voor ditzelfde doel verbruiken. Dat is een interessante vergelijking, waaruit we het effectieve rendement van de warmtepomp installatie in deze woningen kunnen berekenen. De CV-woningen verbruiken 892 m³ gas en produceren daarmee 7.065 kWh warmte (892 m³ x 8,80 kWh energie-inhoud per m³ gas x 0,90 rendement van een CV-ketel). De warmtepomp woningen moeten evenveel warmte produceren, maar zetten hiervoor 3.271 kWh elektriciteit in. Het absolute rendement van de warmtepomp installatie, de verhouding tussen de energie (elektriciteit) die je erin stopt en de energie (warmte) die eruit komt, komt daarmee niet verder dan een factor 2,2. Het relatieve rendement van de warmtepomp komt in de praktijk (na 10 jaar) dus niet verder dan een factor 2,4 beter dan de CV-ketel, in plaats van de 3,7 die we zien in de modelberekening.

Een relatief rendement van 2,8 is het kritische omslagpunt waarbij warmtepompen qua energiekosten en bij de huidige prijzen van gas en elektriciteit geld gaan opleveren. De effectieve waarde van 2,4 ligt hier onder. We zien dan ook in de totale energiekosten van deze woningen dat de CV-woningen gemiddeld lagere kosten hebben dan de warmtepomp woningen. De warmtepomp levert geen besparing op de energiekosten op. Integendeel, bewoners met warmtepomp installaties zijn thans gemiddeld €63 per jaar duurder uit!

Dit is wel inclusief de kosten van de gasaansluiting en gasleverancier die de meeste woningen met een warmtepomp nu nog hebben. Vallen deze weg dan blijft er een magere besparing over van ca. €153 per jaar. Berekenen we wat de gasprijs in dat geval zou moeten zijn om kostenpariteit te bereiken ten opzichte van de CV-ketel, dan komen we uit op een prijs van maar liefst €1,24 per m³, een verdubbeling van de huidige prijs! De extra kosten voor een gemiddeld huishouden dat (voorlopig) op gas blijft stoken zouden daarmee oplopen tot niet minder dan €938 per jaar.

Dit is een aanzienlijk verschil met de modelberekeningen, waar we uitgingen van een gemiddeld rendement van 3,33 over de totale levensduur van 15 jaar. Er zijn verschillende verklaringen te bedenken waarom dit zo is. Het kan zijn dat de installatie nooit het beloofde rendement heeft opgeleverd. Cijfers over de eerste jaren zijn mij niet bekend. Het kan ook zijn dat de bodem toch relatief snel aan warmte verliest, waardoor de warmtepompen in de winter harder moeten werken. Tenslotte kan het koelen in de zomermaanden een verklaring bieden. Dit gebeurt weliswaar zeer efficiënt (rendement is een factor 10), maar het rondpompen van vloeistof kost toch wel enige energie en is een component die in het CV-systeem ontbreekt. Gedetailleerder onderzoek zal nodig zijn om een verklaring hiervoor te vinden.

Ons eigen gedrag is spelbreker

Het is overigens goed voorstelbaar dat het verschil tussen het effectieve rendement en het model rendement helemaal geen technische achtergrond heeft, maar grotendeesl is terug te voeren op gedragseffecten. Gedrag heeft op twee manieren invloed.

In de eerste plaats zullen huishoudens met een CV-ketel en huishoudens met een warmtepomp op zich naar een voor hen optimaal comfortniveau streven. Alleen zullen de huishoudens met een warmtepomp in absolute zin een hoger comfortniveau bereiken. Dit komt omdat de warmtepomp voor een zeer gelijkmatig binnenklimaat zorgt en in de zomer bovendien koeling levert. De bewoner met de warmtepomp incasseert dus comfortwinst ten opzichte van de bewoner met de CV-ketel. En comfortwinst gaat altijd ten koste van de maximale energiebesparing die mogelijk zou zijn geweest bij een gelijkblijvend comfort. Men noemt dit het reboundeffect. Vergelijk het bijvoorbeeld met het isoleren van een tochtig huis. Als je de maximale energiewinst en kostenbesparing van deze isolatie wilt hebben dan moet het na isoleren nog net zo onaangenaam in de woning zijn als daarvoor. Alleen gebruik je daar nu veel minder energie voor. In werkelijkheid zul je echter zien dat men meestal ook kiest voor de comfortwinst van isolatie. Dat is prima, maar gaat dan wel in bepaalde mate ten koste van de maximaal haalbare energiebesparing. Daarom valt het besparingseffect van maatregelen om de woning energetisch te verbeteren in de praktijk vaak tegen.

Een tweede factor is dat een warmtepomp een veel lager absoluut vermogen heeft dan een CV-ketel (bijvoorbeeld 10kW voor een warmtepomp tegenover 24kW voor een CV-ketel). Met een warmtepomp warm je de woning langzaam op en koelt de (goed geïsoleerde) woning slechts langzaam af. Het heeft dan ook geen zin om de thermostaat van de warmtepomp lager te zetten voor de nacht of overdag als je niet thuis bent. Dit wordt ook afgeraden, omdat een eenmaal afgekoeld huis met een warmtepomp niet snel weer opgewarmd kan worden, zoals dat met een CV-ketel wel kan. Dat betekent dat je met een warmtepomp niet ‘zuinig aan’ kunt doen, zoals je dat met een CV-ketel en een moderne klokthermostaat wel kunt. Ook dit gaat in de vergelijking ten koste van het effectieve rendement van de warmtepomp ten opzichte van de CV-ketel.

Maar wat de verklaring ook is, het feit op zich is al voldoende om te twijfelen aan de waarde van modelberekeningen waarmee warmtepomp systemen aan de man gebracht worden en waarop de energietransitie en de wensgedachte rond het gasloos maken van Nederland mede gebaseerd wordt. Bij nameting in deze specifieke maar niet a-typische case blijken de ervaringscijfers flink af te wijken van de modelwaarden. Hier dringt de vergelijking met de autobranche zich op, waar de verbruik- en emissiecijfers van auto’s op de rollenbank in de fabriek in werkelijkheid ook meestal niet gehaald blijken te worden!

Ook qua CO₂-prestatie is het verschil tussen de CV-woningen en de warmtepomp woningen niet erg indrukwekkend meer. Het verschil bedraagt in de realiteit nu nog slechts 261 kg per jaar, ofwel een reductie met 6,5%. Dat verschil wordt uiteraard groter als de totale stroomopwek duurzamer wordt.

Conclusies

In nieuwbouw woningen is de warmtepomp een goed functionerend en comfortabel alternatief voor gasverwarming. Ook de CO₂-uitstoot gaat wat omlaag, zeker naarmate een groter deel van de elektriciteit in Nederland duurzaam wordt opgewekt.

Economische pariteit tussen een traditionele CV-ketel en een warmtepomp ontstaat bij de huidige energieprijzen echter pas als het warmtepomp systeem ca. 40% in prijs daalt. Een dergelijke daling is voorlopig niet in zicht. Massaproductie zal helpen, maar heeft niet op alle componenten van het systeem en de installatie evenveel invloed.

Warmtepompen kunnen ook economisch gelijkwaardig gemaakt worden aan de CV-ketel door de energiebelastingen op gas drastisch te verhogen, waardoor gas €0,98 tot €1,24 per m³ gaat kosten, afhankelijk van of je naar een model rendement of naar een effectief rendement kijkt.

In een uitgebreide praktijktest waar in goed vergelijkbare woningen de resultaten van warmtepompen vergeleken worden met die van CV-ketels, blijken de warmtepompen na ca. 10 jaar aanzienlijk slechter te renderen dan volgens de modelberekening. De warmtepomp woningen realiseren gemiddeld geen operationeel kostenvoordeel in de jaarlijkse energiekosten. Deze woningen zijn nu gemiddeld zelfs €63 per jaar duurder uit in vergelijking met verwarming met een CV-ketel. Zonder de kosten van een gasaansluiting resteert een magere besparing van ca. €153 per jaar.

Kortom, aan vervanging van gas en CV-ketels door warmtepompen hangt een zeer fors prijskaartje. In nieuwbouw woningen zullen de meerkosten, inclusief een zonneboilersysteem, minimaal €20.000 bedragen, met comfortwinst, maar zonder uitzicht op enig economisch rendement bij de huidige energietarieven. In bestaande woningen die hiervoor omgebouwd moeten worden is de aanpassing aan een gasloze toekomst uiteraard nog aanzienlijk kostbaarder. Totale kosten kunnen dan snel oplopen tot (ver) boven de €50.000, afhankelijk van grootte, type, ligging, ouderdom, etc. Over terugverdienen hoeven we het dan helemaal niet meer te hebben. In veel gevallen zal alleen sloop en nieuwbouw een reële optie zijn.

De sprong van een klimaatakkoord in Parijs naar een gasloos Nederland in 2050 is in onze optiek wel erg snel gemaakt, zonder dat de consequenties hiervan voor iedereen duidelijk zijn gemaakt, en zonder dat hier een breed debat over heeft plaatsgevonden. Het zal ons daarom benieuwen hoe Nederland deze doelstelling in 2050 gaat halen!