De gas-absorptiewarmtepomp (GAWP)

De elektrisch aangedreven lucht-warmtepomp op de schop?

Een beknopte versie werd ingezonden voor het juni-nummer dK183/2018 van het  ecologische magazine 'De Koevoet'. Dit is de volledige versie.

De warmtepomp wordt vanuit groene middens naar voor geschoven als beste keuze voor de verwarming van de woning. Houtkachels lijden onder de ongenuanceerde berichtgeving omtrent hun fijnstofuitstoot, gas en mazout zijn fossiele en dus eindige brandstoffen, dus wat blijft er nog over op het speelveld der mogelijkheden? Als je huis voldoende geïsoleerd is, en op lage temperatuur verwarmd wordt, dan schiet de elektrisch aangedreven warmtepomp naar de top van de rangschikking van toekomstbestendige verwarmingssystemen. In de praktijk blijkt de keuze voor een lucht-warmtepomp (6338 of 76 % van de 8301 geïnstalleerde warmtepompen in 2017, bron: ATTB.be) wat te overhaast genomen te zijn. Een onverwacht hoge elektriciteitsfactuur heeft het humeur van meer dan één bouwheer al danig vergald. In deze bijdrage stellen we de gas-absorptiewarmtepomp voor. Zolang we niet aan de verhoopte 100 % hernieuwbare energie zitten, kan gas in combinatie met deze technologische variant wellicht nog een rol van betekenis vervullen in de lange overgangsfase. Ook andere vormen van aandrijfwarmte voor de absorptiewarmtepomp zoals restwarmte uit processen, condenserende pellet cv-ketels en, jawel, ook zonnewarmte openen nieuwe horizonten.

Het ei en de kip

“Om de Europese normen te halen moet de CO2-uitstoot van onze woningen drastisch omlaag. Vooral vervuilende stookolieketels worden best zo snel mogelijk uitgefaseerd. Maar wie zijn woning écht wil klaarstomen voor de toekomst, laat ook beter de gasketel achterwege. Warmtepompen zijn op dit moment de meest toegankelijke groene bron van warmte” klinkt het in een bijdrage van Joost Berckx van Bosch Climate op de website van Ecobouwers. Maar is dit wel zo? Met de eerste twee zinnen van dit citaat ben ik het volkomen eens; wat daarop volgt, legt mijn wenkbrauwen in een frons.

Dat ik een koele minnaar van elektrisch aangedreven lucht-warmtepompen ben, en dat is nog heel zachtjes uitgedrukt, is ondertussen bekend. Hoogwaardige energie zoals elektriciteit direct of indirect omzetten in warmte blijft bij mij knagen. Warmtekrachtkoppelingen, warmtenetten en het benutten van restwarmte klinken al een stuk vrolijker maar spelen nog geen rol van betekenis. Zolang we vastgekluisterd zitten in een scenario van centraal geproduceerde energie in handen van de grote, commerciële wereldspelers, blijf ik met de nodige argwaan het klassieke warmtepompverhaal benaderen. Stroom aanwenden voor verwarming, terwijl het aandeel hernieuwbare energie stroom totaal ontoereikend is, is niet zo’n slimme zet. De beleidsmakers en hun inspirators verslikken zich nog geen beetje. Men is al een omelet aan het bakken vooraleer de kip voldoende eieren gelegd heeft en het lijkt erop dat de kip plannen heeft om dit tergend langzaam te doen. Onze Grey Day ligt dit jaar op 2 februari. Dat is niet zo’n heuglijke feestdag want dan hadden we alle hernieuwbare energie die we in ons land op één jaar produceren al opgebruikt. Daarmee behoren we tot de slechte leerlingen van de EU-klas. ‘Boer, let op uw kippen’ kunnen we hier vrij vertalen naar: ‘boer, kweek wat meer en sneller kippen.’
 
Een tweede bedenking is dat het wereldwijde stroomverbruik voor koeling exponentieel stijgt. Ook in ontwikkelingslanden als China, Brazilië en India willen de mensen het hoofd koel houden onder een loden hitte. Bij een koelproces is warmte het restproduct en netto wordt er in dit proces meer warmte dan koeling geproduceerd. Ook de klimaatopwarming doet er nog een flinke schep bovenop. Aan het huidige tempo zal tegen het midden van deze eeuw meer energie naar koeling dan naar verwarming gaan. De kip met de hernieuwbare eieren zal overuren moeten kloppen en vooral het hoofd koel houden.

Een derde bedenking is dat de winterautonomie van de combinatie warmtepomp en PV-panelen bijzonder mager uitvalt. Op het moment dat de vraag naar verwarming, door de elektrisch aangedreven warmtepomp, het grootst is, is de elektrische belasting onttrokken aan het openbare net ook het grootst. En juist in die periode leveren de PV-zonnepanelen nauwelijks energie. Bijtanken uit het fossiele of nucleaire energienet is dan de enige overblijvende optie. Echt groen is dit nu ook weer niet. Het gevolg kan je raden: piekbelasting op het net alom.

Uit deze derde bedenking volgt meteen dat bij de keuze voor een compressiewarmtepomp passionele off-grid dromen voorgoed mogen opgeborgen worden. “Je hart en je intuïtie volgen is vaak het beste voor jezelf én meteen ook voor de wereld” aldus de Low impact man. Off-grid is tof-grid maar zal wellicht nooit mainstream worden maar dat hoeft ook niet, this is more fun! Een mens leeft nu eenmaal van dromen en grenzen verleggen ver weg van de platgetreden paden. 
Decennialang werden we overspoeld met besparingstips om de elektriciteitsfactuur naar beneden te krijgen en nu plots zou een verveelvoudiging van het elektrisch verbruik de aangewezen strategie zijn. Ik kan me niet ontdoen van de gedachte dat deze extra grootverbruiker van elektriciteit het perfecte alibi kan vormen om nucleaire ondersteuning te legitimeren onder het voorwendsel dat we met hernieuwbare energie alleen de exponentiële vraag nooit kunnen bijbenen. En dan nog hebben we met geen woord gerept over de elektrische wagens!

Dan zitten we nog met de vraag of het wel zo verstandig is om alle eieren in hetzelfde mandje te leggen. Het is een stokoude verkooptruc om onder het mom van allerhande pseudowetenschappelijke en –ecologische motieven, alle kippen in hetzelfde kippenhok te lokken om ze achteraf financieel kaal te kunnen plukken. De nakende groene taxshift is daar een gedroomd voorbeeld van. De voorbije 20 jaar heeft de overheid het plaatsen van een condenserende gasketel gestimuleerd en gesubsidieerd en er werd massaal gevolg gegeven aan deze maatregel. Zo, goed bezig zou je zeggen. Maar als gevolg van iets wat we kunnen omschrijven als ‘voortschrijdend inzicht' komen er, omwille van de CO2 uitstoot, minder taksen op elektriciteit en meer taksen op aardgas en stookolie. Dus helemaal niet goed bezig. Wie kan nog volgen?

Ik kan er niet omheen dat er vreemde dingen gebeuren in lucht-warmtepomp land. Als wij, als kleine vereniging de Zonne-arc, met de regelmaat van de klok vernemen dat eigenaars van een lucht-warmtepomp het na 5 jaar voor bekeken houden en overschakelen op een ander verwarmingssysteem, dan is er stront aan de knikker. De jaarlijkse elektriciteitsrekening liegt immers niet. We mogen ons vooral niet laten inpakken door de verkoopslogan: “Het beetje stroom dat wordt ingezet om de warmtepomp aan te drijven...” . Uiteraard steken daar heel wat ongeschikte situaties bij waar een warmtepomp helemaal niet thuishoort. Verkopers en installateurs willen nu eenmaal verkopen en installeren. Hier is ook nog heel wat werk aan de winkel. De vraag blijft: wat doe je met de grote meerderheid van de woningen (renovatie + nieuwbouw) die niet beschikken over vloerverwarming? Een verbod tot het plaatsen van een warmtepomp uitvaardigen? Mij niet gelaten hoor. Men moet de juiste technologie met het juiste project matchen. Zelfs in nieuwe woningen met een zeer lage energie kost valt de investeringen in een cv-warmtepomp moeilijk financieel te onderbouwen. Een lucht warmtepomp komt ongeveer op 13000 euro en voor een bodem warmtepomp loopt de prijs op tot 19000 euro. Wat zou het leven exponentieel zaliger, eenvoudiger en ecologischer zijn in een ‘Tiny house’. concept. 

De vier elementen 

De elementen lucht, water, aarde en vuur als basis van ons bestaan: een opvatting die door de eeuwen heen in tal van culturen terugkeert. Zo spreekt de Hindoeïstische filosofie van Tattva (dat wat gegeven is) en ziet het Boeddhisme de vier elementen (Rupa) als bouwstenen van de materiële wereld (Pali). De vier elementen zijn een model van het universum waarmee men met verschillende invalshoeken naar dingen kan kijken. De Chinezen voegden er nog hout aan toe.

“De fysieke wereld is slechts water, aarde, lucht en vuur. Ze zijn aan verandering onderhevig en puur natuurlijk; niet van mijzelf of van een ander.” (boeddhistische reflectie)

Bij het aansnijden van het onderwerp warmtepompen zijn lucht, water en aarde nooit ver af. Ik voeg er maar al te graag het element vuur aan toe. Misschien komt er zelfs hout aan te pas. Hoe gek kun je het bedenken?
Maar ook een mens met nogal wat warmtepompaversies moet ooit zijn hemel verdienen. Ik wil hier ook eens iets goeds vertellen over een warmtepomp en wat voor eentje.

Het einde van het lucht-warmtepompsprookje?
Bij een elektrisch aangedreven compressiewarmtepomp (ECWP) zit het venijn hem in de elektrische aandrijving van de compressor. Een lucht-warmtepomp is de meest frequent geïnstalleerde warmtepomp. In volle winter haalt een lucht-warmtepomp een magere winstfactor (C.O.P. of Coefficient Of Performance) van hoogstens 2 à 2,5. Bij een opgenomen compressorvermogen uit het net van 4 kW wordt slechts 8 kW (10kW) warmte verplaatst vanuit de koude bron naar de warmteafgifte. COP's worden opgegeven volgens Eurovent condities, zegge en schrijve het rendement bij 7 graden buitentemperatuur. COP waarden opgegeven bij 2 graden buitentemperatuur komen al wat dichter in de buurt van een realistische situatie.
(Eurovent is Europe's Industry Association for Indoor Climate (HVAC), Process Cooling, and Food Cold Chain Technologies) 

Wat niet in de opgave van de COP opgenomen is, is het zeer slechte rendement bij deze elektrisch aangedreven lucht-warmtepompen bij buitenlucht temperaturen van 5 graden en (veel) lager. Vanaf 5 graden en minder buitentemperatuur komt de verdampertemperatuur onder de 0 graden met als gevolg een reëel gevaar voor aanvriezen van de verdamper. De verdamper moet telkens opnieuw ontdooid worden om vervolgens weer warmte op te kunnen nemen. Ontdooien kost veel warmte-energie. Een bijkomend nadeel is dat tijdens deze ontdooicyclussen geen warmte geproduceerd kan worden voor de woning. De mooi opgepoetste COP-waarden zakken als een pudding in elkaar en de consument wordt opgezadeld met een venijnig hoge elektriciteitsfactuur. Even in herinnering brengen: een COP van bijvoorbeeld 2 is omgerekend naar Primary Energy Ratio (P.E.R.) gelijk aan 2 : 2,5 = 0,8. Dit cijfer moeten we nu eens heel goed in de gaten houden, want we gaan toveren met een lucht-warmtepomp.

Kampeertechnologie

We gaan kamperen en nemen mee: een 12V absorptie koelbox zoals de CombiCool RC 2200 EGP. Deze koelbox is geluidsarm en zijn koelprestaties gaan tot 33 °C onder de omgevingstemperatuur. Het is een absorptie koelbox, hij kan zowel op gas als op elektriciteit werken, zowel op 12V van de auto of op 230V netstroom. Een absorptie koelbox gebruikt geen bewegende delen zoals de klassieke (compressie)koelkast. Dit komt de levensduur ten goede. Absorptie-technologie is een heel gangbare technologie bij industriële koeling maar kwam recent ook onder de aandacht voor woningtoepassingen. Een warmtepomp en een koelkast zijn geënt op net dezelfde technologie, ze zijn elkanders spiegelbeeld. Bij een koelkast zijn we geïnteresseerd in de koude zijde, de verdamper, van de unit (= koelen) en bij een warmtepomp gaat onze interesse naar de warme kant, de condensor, om onze woning te verwarmen. Als we het over warmtepompen hebben, houden we meteen de elektrisch aangedreven warmtepomp voor ogen. Dat is de ondertussen ingeburgerde elektrisch aangedreven compressie warmtepomp (ECWP). Toch is elektriciteit niet de enige manier om een warmtepomp van aandrijfenergie te voorzien. Het kan bijvoorbeeld ook met warmte uit gas. We spreken dan van een gas-absorptiewarmtepomp die we voor het gemak afkorten als GAWP of in het Engels: Gas Absorption Heat Pump of GAHP.

Het 'rendement' van warmtepompen: COP, SPF, PER, GUE, SPF, SCOP en SEER
Het is misschien niet netjes en het vergt ook wat inspanning maar we moeten even wennen aan de typische warmtepomp terminologie. Een opfrissing is meer dan wenselijk. Zie het als een minicursus zelfverdediging tegen overijverige warmtepompverkopers. Het rendement van een warmtepomp wordt dikwijls opgegeven door de COP. De COP is echter een theoretisch rendement dat geen rekening houdt met het verbruik van pompen, ventilatoren, buffervat verwarming, naverwarming, enzovoort. De SPF (Seasonal Performance Factor of seizoensprestatiefactor) is een uitbreiding van de COP en binnen de SPF wordt ook het rendement van het afgiftesysteem in rekening gebracht. Op maandbasis hebben we het over de PF (prestatiefactor). Als een systeem een SPF van 3 heeft, wil dat zeggen dat 1 eenheid elektriciteit die door de compressor van de warmtepomp wordt opgenomen, omgezet wordt in 3 eenheden verplaatste warmte. Na wat rekenwerk zien we meteen dat als we een warmtepomp vergelijken met een gascondensatie cv-ketel dit een financiële nuloperatie oplevert vermits de verbruikte elektriciteit ongeveer 3 maal duurder is dan aardgas. Ook energetisch zijn er ongeveer 3 eenheden gas nodig om er eentje uit het stopcontact te toveren. Eens de SPF groter dan 3 wordt, begint de warmtepomp een voordeel te hebben ten aanzien van de condenserende aardgasketel.

De ‘gratis’ warmtebronnen voor een warmtepomp Bodem of geothermie: een verticale bodemwarmtewisselaar - sondering 100 meter diep (+/- 50 Watt/m) of een horizontale bodem warmtewisselaar - captatienet 1 meter diep (+/- 25 Watt/m²)
Water: grondwater (boorput), oppervlaktewater (vijver, rivier)
Lucht: buitenlucht, ventilatielucht
De ‘gratis’ warmtebronnen, of warmte uit de omgeving, worden bij warmtepompen met één pennentrek gelijk gesteld met hernieuwbare energiebronnen. Wat meer nuance zou hier niet misstaan. Maar goed, het verkoopt goed. Beter zou het zijn om te spreken over onuitputbare energiebronnen (zoals zon, bodem, wind) en nagroeibare energiebronnen zoals hout.

Om te voldoen aan het verplichte minimumaandeel hernieuwbare energie moet volgens de EPB-eis een warmtepomp tegenwoordig een minimum SPF hebben van 4. Voor lucht-warmtepompen is dit al behoorlijk moeilijk om te halen. Voor geothermische warmtepompen (ECWP) die hun energie uit de bodem halen, is dit wel een haalbare kaart met een SPF van ongeveer 5. De nieuwe seizoenscores, een EU Ecodesign-richtlijn, tonen het echte energieverbruik van een warmtepomp op basis van het energierendement over een heel jaar. SEER en SCOP meten het jaarlijkse energieverbruik en -rendement in typische dagelijkse omstandigheden en volgens de klimaatgordel. Op langere termijn houden ze rekening met temperatuurschommelingen en stand-byperiodes om een duidelijke en betrouwbare indicatie te geven van het typische energierendement over een heel verwarmingsseizoen (SCOP: Seasonal Coefficient of Performance) of koeling (SEER: Seasonal Energy Efficiency Ratio).

Hoe COP-waarden vergelijken?

De COP is enerzijds afhankelijk van de kwaliteit/technologie van de warmtepomp en anderzijds van het verschil tussen de brontemperatuur (buitenlucht, bodem) en de cv- afgiftetemperatuur. Hoe hoger de brontemperatuur en hoe lager de cv-afgiftetemperatuur, des te hoger zal de COP van eenzelfde warmtepomp zijn. Bij een brontemperatuur van 2°C zal de COP dus hoger zijn dan bij -7°C. Voor een afgiftetemperatuur van 35°C zal de COP hoger zijn dan voor 55°C. Kijk deze waarden zeker na wanneer u warmtepompen met elkaar vergelijkt. De COP wordt soms alleen bij hogere buitentemperaturen (tot +7°C) vermeld om zo een hogere COP te tonen. Terwijl het net bij lagere temperaturen van belang is een goed rendement te hebben, want dan heeft uw warmtepomp het meeste bedrijfsuren. Voorbeeld lucht | water: COP 3,5 bij A7/W35 betekent een rendement van 3,5 bij een buitentemperatuur van 7°C en een cv-afgiftetemperatuur van 35°C. Bij A2/W35 (buitentemperatuur van 2°C) kan dezelfde warmtepomp een COP van 3 hebben. Grond-water systemen worden genoteerd als: B0/W35 (met B0 als de primaire bodemtemperatuur en W35 als de cv-afgiftewatertemperatuur), water-water systemen als: W10/W35 (met W10 als de primaire temperatuur van de waterlaag en W35 als de cv-afgiftetemperatuur) en lucht-water systemen als: A2/W35 (met A2 als de primaire temperatuur van de buitenlucht en W35 als de cv-afgiftetemperatuur). Er is moed nodig om COP-waarden bij -7°C op te geven bij lucht-warmtepompen. Adieu opgesmukte COP-waarden.
De warmtebehoefte voor ruimteverwarming wordt bij laagenergiewoningen en vooral bij passiefhuizen voorbijgesneld door de warmtebehoefte nodig voor het sanitair warm water (sww). Voor COP-waarden opgegeven voor het sww gedeelte hebben we het raden. Wat is nu de COP voor bijvoorbeeld het regime A2/W65?

De verrassende nieuwkomer met de vlam in de pijp

Een gas-absorptiewarmtepomp (GAWP) is vergelijkbaar met een normale elektrische (compressie)warmtepomp. Het wezenlijke verschil is dat het proces bij een gasgestookte warmtepomp wordt aangedreven met een (gas)vlam en niet met elektriciteit. De compressor is in dit geval vervangen door een tweede kringloop, ook wel oplossingskringloop genoemd, waarin zich een generator en een absorber bevinden. Deze oplossingskringloop wordt voortaan de thermodynamische compressor genoemd. Het tweede kringproces maakt gebruik van ammoniak opgelost in water. Ammoniak is hygroscopisch, wat betekent dat het graag in oplossing gaat met water waarbij de vloeistof ammonia gevormd word. Van dit verschijnsel wordt dankbaar gebruikt gemaakt want wanneer gasvormig ammoniak in aanraking komt met water zal het hierin oplossen waardoor de dampdruk zal afnemen. De gasvormige ammoniak wordt als het ware in het water gezogen.

Vereenvoudigde voorstelling en werking van een GAWP. Het rechtse gedeelte is de klassieke warmtepomp. Het linker gedeelte, de oplossingskringloop wordt voor het gemak de thermodynamische compressor genaamd. (© REMEHA)

Even volgen op het schema. Het mengsel van het koudemiddel ammoniak en het absorptiemiddel water wordt verwarmd door de gasbrander in de generator (1). Het koudemiddel verdampt en wordt gescheiden van het water. Het water gaat via de smoorklep (2) naar de absorber (3). De ammoniakdamp gaat naar de condensor (4) waar deze condenseert en de condensatiewarmte aan het cv-water afgeeft. De vloeistof gaat via smoorklep (5) naar de verdamper (6) waar ze onder het opnemen van warmte uit de omgeving verdampt. De damp gaat daarna naar de absorber, waar ze in contact komt met het ammoniak-arme water. Hier vindt de absorptie van het koudemiddel in de oplossing plaats, waaraan het proces zijn naam dankt. De damp wordt door het water geabsorbeerd, waardoor een ammoniak-rijke oplossing ontstaat. De warmte die hierbij vrijkomt wordt als restwarmte van de generator aan het cv-water overgedragen wat het rendement van de warmtepomp verhoogt. De rijke oplossing wordt door de vloeistofpomp (7) naar de generator (1) gebracht en het proces begint weer van voor af aan. Om het rendement van het systeem te verhogen wordt onder andere een warmtewisselaar voorzien tussen de twee verbindingen van generator en absorber. Deze absorptie is dus een geoptimaliseerd proces waarbij ammoniak, opgelost in water, wordt gebruikt als koudemiddel om warmte te onttrekken aan een warmtebron. Er wordt gebruik gemaakt van concentratieverschillen in het koelmedium om warmte te transporteren. Als koelmiddel kunnen we onder andere ook een zoutoplossing (bijvoorbeeld 45 % water, 55 % zout) gebruiken. Het meest gebruikte zout in combinatie met water is Lithium Bromide. Het kan ook met CO2 zoals bij de boostHEAT GAWP. Maar NH3 en CO2 hebben duidelijk een milieustreepje voor ten aanzien van de klassieke koelvloeistoffen: de fluorkoolwaterstoffen. De HFK's vormen de moderne alternatieven voor freon (CFK’s). De HFK’s sparen dan wel de ozonlaag, maar per molecule warmen ze de aarde tot 9000 keer meer op dan CO2. Warmtepompen zijn gevuld met HFK’s. Vooral op het einde van hun leven zijn warmtepompen een CO2-bom. Meestal, zegt men, worden deze HFK’s goed opgevangen en gerecycleerd. Maar dat is een dure aangelegenheid en dan is een goedkope lozing, vooral in de ontwikkelingslanden, nooit veraf. CFK’s en HCFK’s zijn verantwoordelijk voor de afbraak van de stratosferische ozon (op grote hoogte) en werden verboden door het Protocol van Montreal (1987). De vervangproducten (HFK’s) zijn niet schadelijk maar hebben wel een groot effect als broeikasgas.

Voor wie er maar niet genoeg van krijgt volgt hier een uitgebreider blokschema. Het klassieke warmtepomp gedeelte staat nu links en de oplossingskringloop rechts. Om het rendement te verhogen werd een extra warmtewisselaar opgenomen tussen de twee verbindingen van generator en absorber. Tevens kan de extra warmte (QA) als gevolg van het absorptieproces afgevoerd worden vanuit de absorber en nuttig aangewend om ook het totale rendement van het systeem te verhogen. QG stelt de warmtetoevoer voor van de modulerende condenserende gasketel.

Een grafische vergelijking 

In de bovenstaande grafiek zien we de verschillende technologieën omgerekend naar primaire energie. Het zijn elektrische verwarming (lichtblauw), een niet-condenserende cv-ketel (bruin), een elektrische warmtepomp met een COP van maar liefst 5,2 (grijs), een condenserende cv-ketel, een gas aangestuurde absorptie warmtepomp (donker blauw) en de combi van een GAWP met een condenserende cv-ketel HR-GAWP (groen). De gehanteerde specificaties zijn afkomstig van vooral de ‘boostHEAT 20’, de ‘Robur k18’ en de ‘REMEHA Gas HP 35 A’. De verhouding van opgewekte warmte of afgestane warmte op de toegevoerde energie, het COP van beide systemen, kan wel niet zomaar vergeleken worden. Bij de opwekking van elektriciteit (gebruikt bij een compressiewarmtepomp) in de kerncentrales gaat immers veel energie verloren. Als men de hoeveelheid nuttige energie deelt door de hoeveelheid primaire energie dan heeft men de PER (Primary Energy Ratio) of het centrale opwekkingsrendement bepaald. De PER is een betere 'maat' om de verschillende warmtepompen met elkaar te vergelijken. De GUE (Gas Utility Efficiency) is een andere aanduiding voor de PER en wordt gebruikt als gas de primaire energiebron is. De lucht/water GAWP heeft een gemiddeld COP van 1,7. Bij de omrekening naar GUE (Gas Utility Efficiency) geeft dit ook 1,7 omdat men voor gasverbruikers de factor 1 of 100% in rekening brengt want condensatietechnologie (107 %) compenseert de primaire verliezen bij gas. Dus bij gasverbruikers is COP gelijk aan GUE, dit zorgt wel voor wat verwarring. Deze GUE van 1.7 geldt niet alleen bij 7 graden buitentemperatuur maar gemiddeld over het gehele stookseizoen. Een GUE van 1,7 omrekenen naar de equivalente elektrisch aangedreven COP geeft ons 1,7 x 2,5 = 4,25.

Als aandrijfwarmte voor een absorptiewarmtepomp kan gebruik gemaakt worden van direct gestookte warmtebronnen zoals de fossiele brandstoffen gas en olie en hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie en pelletverbranding. Restwarmte uit processen, stoom of verbrandingsmotoren kunnen ook. Stel je voor: een condenserende pellet cv-ketel als aandrijving voor een lucht absorptiewarmtepomp en zowaar bijna CO2-neutraal. Een mens gaat voor veel minder uit de bol. En zo krijgt ook het element hout zijn plaatsje in het warmtepompverhaal.

GUE-waarde van een GAWP met een condenserende cv-ketel in functie van de werktemperatuur.

170 %  bij vloerverwarming (35°C) --> Elektrische warmtepomp (EWP) equivalent: 5,20
157 %  bij verwarming met radiatoren (50°C) en SWW --> Elektrische warmtepomp (EWP) equivalent: 4,30

De COP varieert afhankelijk van het type warmtepomp en de bedrijfsomstandigheden, en heeft over het algemeen een waarde van ongeveer 1,5. Dit betekent dat voor elke verbruikte kWh gasenergie ongeveer 1,5 kWh warmte-energie wordt verplaatst naar de radiatoren, vloerverwarming of sanitair warm water. De GUE waardes van absorptiewarmtepompen op zich zijn dan wel een flink stuk lager (1,5), maar zijn relatief stabiel over een breed temperatuurbereik. De lage buitentemperatuur deert een gasgestookte absorptie warmtepomp (GAWP) nauwelijks, de COP waarde van een GAWP is dus weinig afhankelijk van de brontemperatuur. Het grote voordeel van een GAWP is dat deze zonder enige ingrijpende aanpassing een bestaande cv-ketel kan vervangen.

Gevaar voor verwarring 

We spreken hier over gas-absorptiewarmtepompen (GAWP): warmtepompen (WP) die werken door middel van een zogenaamd absorptieproces in combinatie met een condenserende gas cv-ketel.

De gasmotor aangedreven compressiewarmtepomp zoals de AISIN GHP (Toyota) gaswarmtepomp is een klassieke compressie warmtepomp aangedreven door een gasmotor, dus niet via het absorptieproces. De compressoren worden aangedreven door een traploos modulerende viertaktmotor op aardgas. De werking van deze gasmotor aangedreven compressiewarmtepomp wordt ondersteund door een intelligente terugwinning van warmte uit zowel het motorblok als de verbrandingsgassen waardoor het verwarmingsvermogen ook bij zeer koude buitentemperaturen constant blijft.

Hybride of bivalente systemen combineren de technologie van de compressiewarmtepomp met andere energiebronnen of systemen. Vaak gaat het dan om de combinatie van een warmtepomp met een verwarmingsketel op basis van een klassieke fossiele brandstof (gas of mazout bijvoorbeeld) waarbij de ketel functioneert als bijverwarming wanneer het rendement van de warmtepomp te laag ligt of waar de gasketel de verwarming van het sanitair water voor zijn rekening neemt. Bij hybride systemen gaat het om aanvullen waar nodig. Hybride warmtepompen zijn wellicht het beste bewijs van het onvoldoende functioneren van warmtepompen bij barre winterse omstandigheden.

Trigeneratie is het gecombineerd opwekken van elektriciteit, warmte en koude. Hierbij wordt vaak gebruik gemaakt van een warmtekrachtkoppeling (WKK) in combinatie met een absorptiekoelmachine. Een WKK is een systeem waarbij zowel elektriciteit als warmte gegenereerd wordt. Het is een efficiënte manier om primaire energie om te zetten in elektrische en thermische energie in vergelijking met gescheiden opwekking. Hoogwaardige warmte komt vrij bij de verbranding van brandstof. Een gedeelte van deze warmte wordt omgezet in bewegingsenergie en wordt zo via een alternator omgezet in elektrische energie. De resterende warmte moet verder nuttig worden aangewend, in dit geval voor de aandrijving van de absorptiekoeling. Het zou ook kunnen met een pellet-cv ketel die zowel een Stirlingmotor aandrijft als een absorptiekoeler of zelfs een warmtepomp.

Het ideale huwelijk?

Een HR-GAWP zoals de ‘Robur k18’ de ‘REMEHA Gas HP 35 A’ of het buitenbeentje de ‘boostHEAT 20’, is de fusie van twee vertrouwde technieken: een modulerende condenserende gasketel en een lucht-water absorptiewarmtepomp (GAWP) samen ingebouwd in een frame. Het resultaat is een verwarmingssysteem dat warmte uit de omgeving zo efficiënt mogelijk benut. Bij de boostHEAT is het werkingsmedium CO2, een natuurlijk koelmiddel. Dit koelmiddel gedraagt zich wel heel bijzonder daar de moleculaire geometrie van CO2 (lineaire geometrie) anders in elkaar steekt dan bij NH3 (tetraëder geometrie). Maar dat zou ons te ver afleiden en ik krijg er ook een punthoofd van.

De boostHEAT zou volgens de fabrikant tot 85 % van de warmtebehoefte dekken; bij piekmomenten springt de cv-ketel bij. De GUE-efficiëntie van deze HR-GAWP kan tot 180 % reiken! Net zoals de meeste traditionele warmtepompen zorgt de HR-GAWP zowel voor verwarming als voor de productie van sanitair warm water (SWW). Ook dit systeem kan warmte onttrekken uit de lucht, water of bodem. Een gascondensatieketel haalt al een rendement van zo’n 107 %. Een HR-GAWP kan volgens de fabrikant tot 170 % rendement halen. Dat is te verklaren door de extra, gratis energie (70 %) die je vanuit de omgeving haalt. Die komt nog eens bovenop het opgewekte rendement van de gascondensatieketel. Het is dus van groot belang dat het rendement van de cv-ketel zo hoog mogelijk ligt. De sterke punten van de gas-absorptiewarmtepomp zijn:

1. Naast brandstofcellen zoals bij de VITOVALOR 300-P brandstofcel
cv-ketel van Viessmann is de absorptiewarmtepomp de meest performante verwarming met aardgas. Dat resulteert in een maximale energiebesparing.

2. Een GAWP is beter voor het milieu. Tot 40 % minder CO2 uitstoot (als echte groene stroom wordt gebruikt, heeft de elektrische warmtepomp een lagere CO2-uitstoot.).

3. De lagere buitenluchttemperaturen leiden nauwelijks tot een lager rendement.

4. Het is een heel eenvoudige oplossing en bijgevolg een ideaal toestel bij renovaties. De cv-ketel kan zomaar vervangen worden, zelfs bij een verwarming met radiatoren, want de gas-absorptiewarmtepomp kan met een hoog rendement aanvoertemperaturen leveren tot 65°C. De ideale bestemming zou een woning met zo’n 10 kilowatt warmtevraag zijn.

5. Een slimme regeling geeft de GAWP een groot modulatiebereik met hoog rendement, zelfs bij deellast. Een condenserende cv-ketel van 8 kW kan 13,7 kW (x 1,7) aan warmte verplaatsen en daardoor gekwalificeerd in de energieklasse A++ tot A+++.

6. In tegenstelling tot elektrische warmtepompen is er slechts een heel bescheiden elektrische aansluiting nodig. De gebruiker hoeft geen zwaardere (en duurdere) aansluiting aan te vragen. Dit betekent ook een grote ontlasting van het openbare net.

7. Er wordt gebruik gemaakt van een natuurlijk koelmiddel.

8. Het is de stilste warmtepomp op de markt.

9. Er is slechts één bewegend component, de vloeistofpomp (7), waardoor deze technologie een zeer hoge betrouwbaarheid heeft, een lage slijtage vertoont en weinig onderhoud vergt.

10. Een ander voordeel van een gas-absorptiewarmtepomp is dat deze zowel kan koelen en verwarmen, en dat tegelijkertijd, waardoor een gas-absorptiewarmtepomp (GAWP) geen ontdooicyclus moet inlassen wanneer het buiten heel koud is.

Gas strikes back?

Deze nieuwe telg breekt met het elektrisch warmtepomp verleden. Het kan dus ook via een gasaansluiting maar dat impliceert het gebruik van fossiele brandstof en een gasaansluiting waar we met de nodige reserves nota van nemen. De aanschafkosten van een GAWP zijn 2 maal zo hoog als die van een HR-condensatieketel. Deze prijs komt in de buurt van een lucht-compressiewarmtepomp, de goedkoopste telg van de warmtepompfamilie. Deze kosten zijn terug te verdienen door een hoger rendement (150 tot 170 % in plaats van 107 % van een HR-condensatieketel). De terugverdientijd van een GAWP is afhankelijk van de warmtevraag. Deze technologie geniet de steun van partners zoals Fluxys (België), Holdigaz (Zwitserland) en GRDF (Frankrijk), geen kleine jongens in de gaswereld. De gasboeren geven zich niet zomaar gewonnen. Wellicht duurt het nog tientallen jaren vooraleer het aandeel hernieuwbare energie de fakkel overneemt. Tot zolang zijn efficiënte overgangsmaatregelen meer dan gewenst. 
“Aardgas uitsluiten dient onze kinderen niet” aldus Fluxys-topman Pascal De Buck (dS 6 mei 2018/E6). CNG (Compressed Natural Gas = samengeperst aardgas), LNG (Liquified Natural Gas = vloeibaar aardgas) en groengas zijn hard nodig om het transport, de verwarmingsbehoeften en de industrie te vergroenen… Groengas wordt gemaakt uit biogas, dat ontstaat bij vergisting van groen- en snoeiafval, rioolslib en mest. Zo zorgen afvalstoffen voor een nieuwe energiebron die ook nog heel schoon is, nog schoner zelfs dan CNG. “Verregaande elektrificatie is ronduit onbetaalbaar… Het transport en de stockage van aardgas zijn veel goedkoper dan die van elektriciteit.”
Doet hij het of doet hij het niet? Het is zeker een speler die we maar beter in het oog houden. We kijken reikhalzend uit naar een reeks 'on the field' testrapporten. Het is zeker ook uitkijken naar de HR-E condenserende gasketels die zowel warmte als elektriciteit produceren. Bij condenserende pellet-E cv-ketels met stirlingmotor is dat reeds de normaalste zaak van de wereld en zo is de cirkel weer rond.

Willy Zon, voortaan vrij van warmtepompzonden

Uw zinnige en zonnige reacties zijn welkom op deze blog.