Wanneer is een warmtepomp beter voor het klimaat dan een conventionele gasverwarming?

Het antwoord in het kort: De toepassing van elektrische warmtepompen levert in de meeste gevallen minder CO₂-emissies op dan conventionele gasverwarming. Een belangrijke factor daarbij is de mix van (deels fossiele) energiebronnen die gebruikt wordt voor elektriciteitsopwekking. Hoe groter het aandeel hernieuwbare elektriciteit wordt, hoe meer CO₂-emissies vermeden kunnen worden met warmtepompen. Daarnaast speelt het type warmtepomp en het verwarmingssysteem een rol. Een warmtepomp die energie onttrekt aan de bodem kan tot 70% minder CO₂-emissies uitstoten dan een moderne CV-ketel, op basis van de huidige elektriciteitsmix in Nederland. Voor een warmtepomp die energie onttrekt aan de lucht bedraagt dit 9-60%. Voor beide typen wordt het beste resultaat bereikt bij toepassing van een verwarmingssysteem geschikt voor lage temperatuur zoals vloerverwarming.

#verwarming #warmtepomp #aardgas

Het uitgebreide antwoord:

CO2 emissie van elektriciteitsopwekking

Afbeelding 1: CO2-emissie van elektriciteitsopwekking.

Uitstoot CV-Ketel

Het klimaat warmt op door de uitstoot van broeikasgassen, zoals koolstofdioxide (CO2). Om te zien of warmtepompen beter presteren dan conventionele gasverwarming, moeten we kijken hoeveel CO2-emissies zij veroorzaken. Het is nodig om daarvoor dezelfde maat te gebruiken, zoals hoeveel CO2 er uitgestoten wordt om één GigaJoule (GJ) aan warmte te leveren.

Om te beginnen, een moderne CV-ketel (HR-ketel) heeft een rendement van 107%, wat betekent dat er per GJ aardgas (op basis van onderste verbrandingswaarde [VOETNOOT 1]), 1,07 GJ warmte geleverd wordt. Dit rendement wordt behaald als de ketel op vollast (maximaal vermogen) draait en de retourtemperatuur van het water laag is. In de praktijk zal het gemiddelde rendement wat lager zijn. De CO2-emissies van aardgas bedragen 56 kg CO2/GJ. Als er gerekend wordt met een gemiddeld rendement van 100% dan bedraagt de CO2-uitstoot 56 kg CO2 per GJ geleverde warmte.

Werking Warmtepomp

Voor elektrische warmtepompen is het bepalen van de CO2-emissie per GJ warmte lastiger omdat het rendement varieert gedurende het jaar, afhankelijk van de omgevingstemperatuur, en omdat de CO2-emissies van de elektriciteitsopwekking meegenomen moeten worden. Bij een elektrische warmtepomp wordt gerekend met een “seasonal coefficient of performance” (SCOP). Deze geeft een jaargemiddelde van de hoeveelheid warmteoutput die geleverd wordt per eenheid elektriciteitsinput. Door het gebruik van omgevingswarmte (uit lucht of bodem) [VOETNOOT 2] kan de waarde van de (S)COP hoger zijn dan 1. De (S)COP is onder andere afhankelijk van het verschil tussen de buiten- of bodemtemperatuur en de afgiftetemperatuur (een kleiner verschil tussen deze twee betekent een hoger rendement). Een lage afgiftetemperatuur, die bereikt kan worden met bijvoorbeeld vloerverwarming, verhoogt dus de SCOP. De SCOP waarde loopt in de praktijk uiteen van 2 tot 5 à 6 (Expertise Centrum Warmte, 2020), wat betekent dat per GJ elektriciteitsinput er 2 tot 5 à 6 GJ warmte geleverd wordt. Met een warmtepomp die warmte onttrekt aan de bodem kan de hoogste SCOP-waarde behaald worden. Dit komt omdat de temperatuur van de bodem in de winter constanter en gemiddeld hoger is dan van de buitenlucht.

Energiemix Warmtepomp

De CO2-emissies die gepaard gaan met het elektriciteitsverbruik van een warmtepomp hangen af van de mix van energiebronnen die gebruikt wordt voor de opwekking. In Nederlands was de mix in 2019 (IEA, 2020):

  • 59% aardgas
  • 16% kolen
  • 18% hernieuwbare energie (wind, biomassa, zon)
  • 3% kernenergie
  • 3% overig (afval, aardolie)

Dit levert per kWh een gemiddelde CO2-emissie op van 0,37 kg CO2 in 2019 (CBS, 2021), ofwel 103 kg CO2 per GJ elektriciteitsinput. Per GJ geleverde warmte wordt er dus indirect 17-51 kg CO2 uitgestoten, afhankelijk van de SCOP (6-2). Dit is 9-70% minder dan bij een HR ketel. Als het aandeel duurzame elektriciteit in de toekomst groter wordt, zal de CO2-emissiereductie bij het gebruikt van een warmtepomp ook groter worden. De hoogste besparing is te behalen bij een bodemwarmtepomp. De gemiddelde CO2-emissiefactor van elektriciteitsopwekking is de laatste paar jaar aanzienlijk gedaald, zie Figuur 1.

De ontwikkeling van de emissiefactor is deels gerelateerd aan het aandeel kolen in de mix (zie Figuur 2), dat eerst steeg in de jaren 2010 (van 22% in 2010 naar 38% in 2015) en daarna daalde naar 16% in 2019 (IEA, 2020). Het aandeel van aardgas laat een tegengestelde ontwikkeling zien, reflecterend aan internationale brandstofprijzen, van 63% in 2010 naar 43% in 2015 en terug naar 59% in 2019. Het aandeel hernieuwbare energie is in dezelfde periode toegenomen van 9% in 2010 naar 18% in 2019 (IEA, 2020).

198-2.png

Figuur 2: Grondstoffen voor elektriciteitsopwekking.

Conclusie

Figuur 3 laat de CO2-uitstoot zien per GJ geleverde warmte voor een HR-ketel en voor een warmtepomp met verschillende SCOP-waardes. Voor de warmtepomp is de trend direct gerelateerd aan de ontwikkeling van de CO2-emissiefactor van elektriciteitsopwekking uit Figuur 1. Te zien is dat voor warmtepompen met een gemiddeld tot hoge SCOP-waarde er voor alle jaren minder CO2-uitstoot was dan bij een HR-ketel. Voor de warmtepomp met een lage SCOP was dit alleen in 2019 het geval. Hieruit blijkt dat warmtepompen met de huidige energiemix (i.e. in 2019) vrijwel altijd beter voor het klimaat zijn dan conventionele verwarming. Een gemiddelde warmtepomp met een SCOP van 3.5-4 levert ongeveer 50% minder CO2-emissies op per eenheid geleverde warmte dan een HR-ketel.

198-3.png

Figuur 3: De CO2-uitstoot per GJ geleverde warmte voor een HR-ketel en voor een warmtepomp met verschillende SCOP-waardes.

Voetnoten

  1. De onderste verbrandingswaarde betreft de warmte die vrijkomt bij de verbranding, exclusief de verdampingsenergie van waterdamp in de uitlaatgassen. Bij een HR-ketel kan deze warmte benut worden door de condensatie van waterdamp en daardoor kan er een rendement van boven de 100% behaald worden.
  2. Uitleg over de werking van een warmtepomp kan gevonden worden op sites zoals: https://www.consumentenbond.nl/warmtepomp/hoe-werkt-een-warmtepomp

Hoe kwam dit artikel tot stand?

Deze vraag werd gesteld door: Wouter (75), Drachten

Dit antwoord is geschreven door Wina Crijns-Graus.

Reviewer: Joyce Bosmans

Redacteur: Boris van Meurs

Gepubliceerd op: 20 maart 2021

[1] CBS (2021). Rendement en CO2-emissie elektriciteitsproductie 2019. Gepubliceerd op 22-2-2021. https://www.cbs.nl/nl-nl/achtergrond/2021/08/rendementen-en-co2-emissie-van-elektriciteitsproductie-in-nederland-update-2019

[2] Expertise Centrum Warmte (2020). Elektrische warmtepomp. Factsheet voor het maken van de transitievisie warmte door gemeenten. Versie: 29 mei 2020. https://expertisecentrumwarmte.nl/themas/technische+oplossingen/techniekfactsheets+gebouwmaatregelen/elektrische+warmtepomp/default.aspx

[3] IEA (2020). World Energy Balances. International Energy Agency. Paris, France. https://www.iea.org/reports/world-energy-balances-overview