Helpt een warmtepomp het klimaat? Dat hangt ervan af.

Inleiding
Er zijn in de milieuwereld veel goedbedoelde, maar onjuiste meningen. Ik probeer als sympathiserend, maar ook kritisch lid van die beweging te analyseren wat wel en niet waar is.

Een standaardbeweringen wil dat warmtepompen goed zijn voor het klimaat. Ik beperk mij nu tot atmosferische pompen. Die onttrekken in de winter warmte aan de atmosfeer en stoppen die rechtstreeks in de lucht van een woning (lucht/lucht), of in het water van de CV (lucht/water).

Ik heb eerder over warmtepompen geschreven (zie Wat je wel en niet kunt met warmtepompen in woningen ). Ik herhaal de daar uitgebrachte waarschuwing: wil je iets met een warmtepomp, zorg dan eerst voor een goed geïsoleerde woning en daarna voor een uitgebalanceerd systeem. Een warmtepomp kost veel geld en vraagt nogal wat gedoe in huis, dus laat u voorlichten door een vakman. Zie de links in het andere artikel.

De berekening
Het is een relatieve vraag. Produceert een warmtepomp meer of minder CO2 dan een alternatief?
Eerst een plaatje.
CO2-balans warmtepomp
Ik ga uit van een atmosferische warmtepomp met een COP van 4,0.
Deze voert 4,0GJ aan een woning toe (een gemiddelde woning verbruikt jaarlijks 49GJ aan aardgas). Overigens eindigt die 4,0GJ uiteindelijk allemaal in de buitenlucht.
Die 4,0GJ komt voor 3,0GJ uit bodem of buitenlucht en 1,0GJ uit het elektriciteitsnet.

Het elektriciteitsnet wordt met iets gevoed. Ik neem daarvoor a) een kolencentrale, b) een standaard gascentrale en c) zonne-energie. Het verschil is dan wat er bij de letters D en E komt te staan.
a) Een typische kolencentrale heeft een rendement van 40%. Om er 1,0GJ elektrisch uit te krijgen, moet je er dus 2,5GJ chemische energie instoppen. Kolen zijn goed voor 100 kg CO2 per GJ, dus is D = 2,5GJ chemisch en E = 250kg CO2 en 1,5GJ afvalwarmte.
b) Een moderne gascentrale heeft een rendement van 60%. Om er 1,0GJ elektrisch uit te krijgen, moet je er dus 1,7GJ chemische energie instoppen. Gas is goed voor 56 kg CO2 per GJ, dus is D = 1,7GJ chemisch en E = 95 kg CO2 en 0,7GJ afvalwarmte.
c) De zon vraagt geen chemische energie en produceert een beetje afvalwarmte (nl wat het paneel meer absorbeert dan de dakpannen gedaan zouden hebben). Dit is niet zonder meer te becijferen. Ik schat dat het verschil ergens rond de 1 a 2GJ zit.
Dus D = 0,0GJ chemisch en E = 0,0kg CO2 en 1 a 2 GJ afvalwarmte.

Dit is de ene kant van de vergelijking.

De andere kant van de vergelijking wat de bijeffecten zouden zijn als je geen warmtepomp gebruikt had. Je hebt dan de keuze uit d) een gewone gasgestookte HR-ketel en e) de stadsverwarming.
d) In een gewone HR-ketel komt bij de verbranding van aardgas ter waarde van 4,0GJ vrij 4*56 = 224kg CO2 .
Dus B = 224 kg CO2.
e) Bij de stadsverwarming komt idealiter geen extra CO2 vrij, maar de facto wel omdat er verliezen zijn en pompen en er soms bijgestookt moet worden. Het netto-effect is afhankelijk van de specificaties van de stadsverwarming en zolang die onbekend zijn, is het antwoord op de gok dat B = enkele tientallen kg CO2 .

De conclusie
Als de elektriciteitsmix geheel uit kolen zou bestaan, zou een warmtepomp het voor het klimaat slechter doen dan een gewone HR-ketel (250kg CO2 > 224).
Als de warmtepomp geheel met aardgas gevoed zou worden, doet een warmtepomp het beter dan een HR-ketel (95kg CO2 < 224).
Zo uiteraard ook de groene stroom ( 0 kg CO2 <224).

Als de warmtepomp geheel groen gevoed zou worden,zou hij beter werken dan de stadsverwarming (0 kg CO2 < enkele tientallen).
Als de warmtepomp slechts beperkt groen gevoed zou worden (in 2012 was macro ruim 12% van de elektriciteitsmix duurzaam), wint de stadsverwarming afgetekend van de atmosferische warmtepomp. Micro (per milieubewust individu) kan dat anders liggen.

Dan is er ook nog de situatie denkbaar, dat lage temperatuur-afvalwarmte (bijv. van bedrijven) gecombineerd wordt met warmtepompen. Dat zou wel eens een aantrekkelijk idee kunnen zijn, maar ik kan er op dit moment geen verstandig woord van zeggen. Ik weet in Brabant dat bijvoorbeeld de gemeente Boxtel daaraan denkt.

Overigens zal de elektriciteitsmix in de loop der jaren verschuiven richting duurzaam. In een min of meer verre toekomst

Elektriciteitsmix 2012
Elektriciteitsmix 2012

Airco’s
Sommige atmosferische warmtepompen kunnen andersom draaien en werken dan als airco. De logische vergelijking is dan ‘geen airco’. De CO2-balans van een warmtepomp die ook als airco kan werken is dus slechter als wanneer die warmtepomp alleen voor verwarming gebruikt wordt.

Wat zegt het CBS?
In ‘Hernieuwbare Energie in Nederland 2014’ (blz 63) staat de volgende tabel:
buitenluchtwarmte_CBS_hern-en-NL-2014
De CO2 – balans van atmosferische warmtepompen is dus al tien jaar nul of negatief. Blijkbaar zitten er te veel kolen in de elektriciteitsmix en
stijgt dat aandeel zelfs (wat klopt met andere berichten).
Overigens maakt het CBS de kanttekening dat er maar weinig bekend is van het feitelijk functioneren van buitenluchtwarmtepompen.

Bodemwarmtepompen doen het overigens (volgens het CBS) beter dan atmosferische. Ze besparen netto wel CO2 .

De moraal
De moraal is dat vooralsnog de stadsverwarming voor het klimaat het beste is.
Of hij ook voor het geld en de rechtspositie van bewoners het beste is, is een ander verhaal.

Wat je wel en niet kunt met warmtepompen in woningen (2de update 21 nov 2015)

Aanbieding Natuur en Milieu (toegevoegd 21 nov 2015)
Natuur en Milieu heeft gedurende een beperkt aantal dagen een beperkt aantal atmosferische warmtepompen in de aanbieding. Zie http://www.warmehuizendagen.nl/ .

De kwaliteit van de aanbieding kan ik niet beoordelen. Bij de ‘veel gestelde vragen’ komen antwoorden naar voren die in lijn liggen met wat hieronder staat, met name dat de woning goed geïsoleerd moet zijn en liefst vloerverwarming moet hebben.
Het is een ‘hybride systeem’. Een CV-ketel blijft nodig voor tapwater en bij flinke vorst. Om mee te doen moet er een nieuwe CV-ketel geïnstalleerd worden als onderdeel van de plaatsing van de warmtepomp.
Het verhaal vermeldt niet of de warmtepomp ook omgekeerd functioneert, dis als airco.

Aanleiding
Ik heb op de Energiebeurs in Den Bosch (oktober 2015) een workshop over warmtepompen bijgewoond, georganiseerd door het Nederlands Platform Warmtepompen (NPW).
Energiebeurs DenBosch_10okt2015_bijkeenkomst warmtepompen-rr

Als fysicus ken ik de algemene beginselen van de warmtepomp, maar zeker niet de uitvoeringspraktijk – verre van dat. Ik heb met de workshop en wat aanvullend leeswerk wel iets bijgeleerd, maar ik kan iedereen met serieuze plannen slechts aanraden zich tot een vakman te wenden.
Wie zich wil inlezen, kan gaan kijken op http://www.warmtepomp-info.nl . Ook NPW heeft een site http://www.platformwarmtepompen.nl/ . De eerste is technischer en de tweede meer belangenbehartigend.

Als politiek medewerker inzake energie en milieu was ik mij bewust van dit gebrek aan praktijkkennis. De workshop kwam goed uit. Ik wil dat men mij niet van alles kan wijsmaken.

Ik had redenen om me in het onderwerp te verdiepen. Ik had de ervaringen bij de Eindhovense Sportlaan/Hastelweg nog in mijn hoofd, maar ook eerdere reactie op deze site en het voornemen van de provincie NBrabant om 800.000 woningen Nul op de meter te maken.

Technische uitleg
Dit verhaal is te lang, daarom hier een samenvatting. De volledige tekst staat in een apart document  –> Wat-je-wel-en-niet-kunt-met-warmtepompen-in-woningen-2

Basaal: in praktisch ieder huis staat een warmtepomp, de koelkast. Die transporteert warmte tegen de natuurlijke stroomrichting in vanuit het inwendige naar de keuken annex woonkamer (van 4 naar 20 graad C). Stel je nu voor dat je het inwendige van de koelkast vervangt door de atmosfeer of de bodem, dan heb je het concept van een warmtepomp. Het geheel pakt met één eenheid elektrische energie ergens (bijvoorbeeld) vier eenheden warmte vandaan en brengt daardoor vijf eenheden warmte in de woonkamer. Warmte wordt vooral verplaatst, niet opgewekt.

Huidige warmtepompen kunnen de temperatuur hooguit 60 graad C optillen, maar minder is beter. Daarmee krijg je gangbare huizen ‘s winters vaak niet warm genoeg. Nieuwbouwhuizen kun je als het ware ontwerpen rondom de warmtepomp heen (goede isolatie en vloerverwarming), en dan lukt het wel.Je kunt dan een woning bouwen zonder gasaansluiting.

Anders dan een koelkast, kunnen sommige warmtepompen ook
andersom draaien. Dan heten ze airco.
warmtepomp_tekening
warmtepomp_tekening_bijbehorende tekst
Elke warmtepomp heeft dus effecten op de plaats waar de warmte vandaan komt, en waar hij naar toe gaat. De ene is gewenst en de andere soms niet. Een airco ‘s zomers bijvoorbeeld maakt het in huis koeler en buitenshuis nog heter, een bodemsysteem maakt het in huis warmer en in de grond kouder. Daardoor kunnen nabij gelegen bodemsystemen elkaar gaan storen.

(De groene tekst is de update)

Het positieve effect van een warmtepomp op het klimaat (in de vorm van uitgespaarde CO2-emissies) is veel kleiner dan de in de woning bespaarde brandstof. Bij atmosferische warmtepompen is bij de huidige elektriciteitsmix het klimaateffect zelfs licht negatief. Dat zegt de brochure ‘Hernieuwbare energie in Nederland 2014’ van het CBS.
Ik heb hierover op 18 jan 2016 een nieuw artikel geschreven onder Helpt een warmtepomp het klimaat? Dat hangt ervan af.
Als er een procesindustrie of een elektriciteitscentrale in de buurt staat, heeft die vaak afvalwarmte. Men heeft dan de keus om die “restwarmte” te gebruiken (stadsverwarming), al dan niet in combinatie met een warmtepomp. Dan ligt het verhaal weer anders.

Je praat over investeringen rond de €15000 en over stookkosten rond de €1600 per jaar.

Voor verdere uitleg verwijs ik naar de volledige tekst.

http://www.warmtepomp-info.nl  vat de conclusies als volgt samen:

Vast staat, dat voor een nieuwbouwwoning een warmtepomp, werkend met energie uit de bodem, vandaag de dag de beste keuze is om uw woning te verwarmen. Ten opzichte van een HR -CV – Ketel gaat u meteen vanaf de eerste dag minder energiekosten betalen.

Als u een “oude” bestaande woning heeft, dient u eerst de woning zelf aan te pakken m.b.t. isolatie, dubbelglas etc.
Pas daarna, als u ook het afgiftesysteem naar “laag temperatuur” brengt, heeft een warmtepomp zin in een bestaande woning.

Voor een echt goede en zuinige installatie is het wel belangrijk dat 4 componenten goed op elkaar zijn afgesteld: BRON – WARMTEPOMP – AFGIFTESYSTEEM-WONING.

Mijn politieke conclusies zijn:
– Ik neem bovenstaande conclusie op hoofdlijnen over als er geen
logische bron is van restwarmte en als men zich beperkt tot de vraag hoe die woning verwarmd moet worden zonder gas
– Voor een optimaal klimaateffect moet de pomp met duurzaam opgewekte elektriciteit gevoed worden.
– Als er wel een logische bron is van restwarmte, is een situatiegebonden analyse nodig waarvan in nieuwbouwprojecten een reguliere stadsverwarming of een warmtepompsysteem of een combinatie de uitkomst kan zijn.
– De bestaande bouw moet fors geïsoleerd worden, ook als een warmtepomp niet tot de mogelijkheden behoort en ook als deze woningen op de stadsverwarming aangesloten zijn
– Men zal vaker kiezen voor vervangende nieuwbouw in plaats van re-
novatie. Ik denk achteraf niet dat de huizen aan de Hastelweg/Sportlaan ‘warmtepomp-proof’ gemaakt hadden kunnen worden.
– Als complete wijken of zelfs hele dorpen en steden Nul op de meter moeten worden, kan de uitvoering niet anders dan een sterk collectief element bevatten
– Uitgaande van de noodzaak tot verduurzaming, moet iemand zich sterk maken voor de bewonersbelangen bij de vormgeving van die verduurzaming. Het had bij de Hastelweg/Sportlaan anders kunnen lopen als Trudo een goed totaalaanbod op tafel gelegd had.
Zie ook Stadsverwarming Meerhoven
– Er gaat in de steden een probleem ontstaan als 800.000 huizen in Brabant allemaal een airco zouden krijgen. Dit moet in relatie gezien worden tot het nu al bestaande Urban Heat Island effect
– Er is aandacht voor de bodemecologie in stedelijk gebied nodig, zowel vanwege de thermische effecten als vanwege bestaande bodemvervuiling