Energietransitie, warmtepompen, de uitfasering van F-gassen en de transitie naar natuurlijke koudemiddelen. Maar ook: de opmars van propaan. Al sinds 2016 staan warmtepompen volop in de belangstelling
Bijvoorbeeld als het gaat om koudemiddelen. Maar wat is een koudemiddel nu eigenlijk? Wat is de functie van dit koudemiddel in de warmtepomp? En welk koudemiddel heeft de meeste kans van slagen richting de toekomst?
Elke warmtepomp werkt met een koudemiddel (ook wel: transportmedium) om de energie (warmte) uit de bron (omgevingslucht, bodem of grondwater) over te dragen aan het water van het afgiftesysteem (vloerverwarming of radiatoren). Om dit mogelijk te maken, werkt de warmtepomp volgens de natuurkundige principes van verdampen en condenseren. De belangrijkste componenten die hier een rol in spelen, zijn de verdamper, compressor, condensor en het expansieventiel:
1. In de verdamper stroomt het koudemiddel, dat de energie (warmte) uit de bron opneemt. Als gevolg hiervan wordt het vloeibare koudemiddel omgezet in gas. Dit proces wordt verdampen genoemd.
2. De compressor zuigt dit gasvormige koudemiddel aan en comprimeert het naar een hoge druk.
3. Het hete gasvormige koudemiddel wordt doorgestuurd naar de condensor, waar het zijn energie afgeeft aan het verwarmings- of tapwatersysteem. Als gevolg hiervan verandert het gasvormige koudemiddel weer in een vloeibaar koudemiddel.
4. Zodra alle koudemiddel gecondenseerd is en alle energie is afgegeven, stroomt het vloeibare koudemiddel door het expansieventiel, waar ook de druk wordt verlaagd. Vervolgens stroomt het vloeibare koudemiddel weer naar de verdamper zodat bovenstaande cyclus herhaald kan worden.
Door het bovenstaande proces steeds te herhalen, kan de warmtepomp continu energie uit de bron halen en afgeven. Dit resulteert in een hogere efficiëntie en een lager energieverbruik dan traditionele verwarmingssystemen zoals cv-ketels. Mede om deze reden worden (hybride) warmtepompen vanaf 2026 de norm voor álle woningen die niet op een warmtenet zijn aangesloten (met uitzondering van flats en monumenten).
Internationaal worden koudemiddelen (of: ‘refrigerants’) aangeduid met de letter R, gevolgd door een cijfer waaruit de samenstelling kan worden afgeleid. Afhankelijk van het vermogen, zit er tussen de 100 en 3.000 gram koudemiddel in een warmtepomp. In de meeste gevallen gaat het om de koudemiddelen R410A, R134A, R32 en R290. R410A en R32 worden in een laboratorium gemaakt en worden daarom synthetische koudemiddelen genoemd. Ze vallen onder de zogeheten fluorkoolwaterstoffen en worden vaak aangeduid als F-gassen (of HFK’s). R290 is de wetenschappelijk code voor propaan, dat al standaard in onze natuur aanwezig is. Net als ammoniak (R717) en CO? (R744) valt propaan daarom onder de natuurlijke koudemiddelen.
Vanwege de negatieve impact van F-gassen op het milieu wil de Europese Unie de productie en het gebruik van synthetische koudemiddelen sterk terugdringen. De regels en ambities hiervoor zijn vastgelegd in de Europese F-gassenverordening EG 517/2014. Hierin is bijvoorbeeld een uitfaseringsschema opgenomen, dat moet leiden tot 80% minder F-gassenemissies in 2030 ten opzichte van basisjaar 2015. Om de EU-doelstellingen te halen, mogen vanaf 2027 nieuwe split-unit warmtepompen geen koudemiddel meer bevatten met een Global Warming Potential (GWP/aardopwarmingsvermogen) van meer dan 150. Veel koudemiddelen, waaronder R410A (GWP: 2.088), R134A (GWP: 1.430) en R32 (GWP: 675), mogen vanaf dat moment niet meer toegepast worden in verwarmingstoestellen met een vermogen tot 12 kW. Behalve als er om veiligheidsredenen geen laag-GWP koudemiddel toegepast kan worden. Warmtepompen met een vermogen boven de 12 kW moeten vanaf 2027 gevuld zijn met een koudemiddel met een GWP van minder dan 750.
Als het gaat om natuurlijke koudemiddelen in warmtepompen, dan hebben fabrikanten ogenschijnlijk een aantal keuzes: ammoniak (GWP: 0), CO? (GWP: 1), HFO/fluorolefine (GWP=<1) en propaan (GWP: 3). Ogenschijnlijk, want een aantal van deze natuurlijke koudemiddelen brengt ook nadelen met zich mee. Waar bijvoorbeeld ammoniak zeer giftig is, zijn er ook groeiende zorgen over de milieueffecten van HFO’s. Wanneer HFO’s uiteenvallen in de atmosfeer, ontstaan namelijk PFAS-verbindingen die schadelijk zijn voor mensen, dieren en planten. CO? lijkt dat geval een goed alternatief, maar kenmerkt zich door hogere kosten, een lagere efficiency en een complexe inregeling. Propaan (R290) heeft deze problemen niet. Sterker nog: warmtepompen met propaan zijn milieuvriendelijk, stil en zeer energie-efficiënt. Bovendien zijn R290 warmtepompen in staat om warm water tot 70°C te leveren. Hierdoor kunnen de bestaande afgiftesystemen in gebouwen behouden blijven. Dankzij de uitstekende thermodynamische eigenschappen kan ook warm tapwater bereid worden op de compressor, zonder dat hiervoor een extra elektrisch element nodig is. Dit maakt propaan warmtepompen de beste keuze voor nieuwe én bestaande woningen en bedrijfsgebouwen.
Een aandachtspunt is wel de brandbaarheid van propaan. Om deze reden wordt het natuurlijke R290 koudemiddel met name toegepast in monoblock warmtepompen, zoals Amber (buitenopstelling) en Vincent (binnenopstelling) van Itho Daalderop. Waar een split warmtepomp bestaat uit een apart buitendeel (compressor, verdamper en expansieventiel), een binnendeel (condensor en expansieventiel) en een koudemiddelleiding, zijn bij een monoblock warmtepomp alle koudemiddelfuncties in één unit geïntegreerd. Afhankelijk van het type warmtepomp wordt deze unit buiten of binnen geplaatst. Het R290 koudemiddel bevindt zich in een hermetisch afgesloten warmtepompsectie. Het vullen van de warmtepomp gebeurt bovendien onder beheerste condities en in een gecontroleerde omgeving (de fabriek). En ook voor het leegpompen bij einde levensduur gelden strikte voorwaarden. In combinatie met zorgvuldige lekkagebewakingen is het risico op brand of explosies zeer gering en vergelijkbaar met bijvoorbeeld een koelkast of diepvries.
Eén van de warmtepompproducenten die propaan heeft omarmd, is Itho Daalderop. Dit 100% Nederlandse bedrijf is zelfs zo overtuigd van de voordelen, dat zij de mogelijkheden onderzoekt om ál haar warmtepompen voor 2027 met R290 uit te voeren, vertelt Innovation Manager Renewables Thijs Kleijn. “Hiermee voldoen we niet alleen aan de GWP-doelstellingen, maar sorteren we ook alvast voor op de strengere PFAS-normen die eraan zitten te komen. Bovendien komen we perfect tegemoet aan de uitdagingen in de bestaande bouw.”
Een uitdaging in de route naar 100% propaan in 2027 is de regelgeving, vertelt Kleijn. “We zien dat de regelgeving rondom koudemiddelinhoud nog niet meebeweegt met de uitfasering van F-gassen en de mogelijkheid om monoblock warmtepompen binnen op te stellen. Op dit moment beperken de voorschriften zich bijvoorbeeld tot een ‘intrinsiek veilig toestel bij een inhoud tot 150 gram propaan’. Is meer koudemiddelinhoud noodzakelijk, dan gelden met name aanvullende eisen voor de opstellingsruimte. In het geval van buiten opstelde monoblocks is dit geen probleem, maar voor binnen opgestelde water/water-warmtepompen brengt dit nieuwe uitdagingen mee. Immers ontstaat er een spanningsveld tussen prestaties en ruimte. In de meeste woningen is de opstelruimte voor verwarmingstoestellen gering. Daarom is het essentieel om binnen de 150 gram propaan grens te blijven. Zónder in te boeten aan unieke prestaties zoals een hoog temperatuurbereik, een laag energieverbruik en een minimale milieubelasting. Daar zetten wij ons de komende jaren met hart en ziel voor in.”
Een tweede uitdaging volgens Kleijn is de compatibiliteit. “Wij hebben in het verleden tal van warmtepompen verkocht die, wanneer zij aan het eind van hun technische levensduur komen, eenvoudig vervangen moeten kunnen worden door een warmtepomp met propaan. Ook in dit geval is een compacte warmtepomp aan te bevelen, maar 150 gram is wel erg ambitieus.” Hij hoopt daarom dat de regelgeving nog versoepeld zal worden. “Immers biedt de binnenopstelling van R290 warmtepompen het beste van heel veel werelden. Zo kunnen ook woningen zonder tuin of balkon nu overstappen op een warmtepomp. Bovendien wordt geluidsoverlast richting buren slim ondervangen en wordt de mooie uitstraling van de gevel niet beïnvloed, benadrukt hij. “Daar komen alle energetische en milieuvoordelen nog bij. In dat kader zou het ongelooflijk jammer zijn als de regelgeving de baten overstijgt. Met onze deelname aan warmtepompverenigingen en brancheorganisaties proberen we het bewustzijn in de markt én bij beleidsmakers op dit vlak te vergroten, zodat straks iedereen van de voordelen van propaan kan profiteren.”
