Het laatste stukje van de invoerpuzzel voor geothermische simulaties is het rendement van je warmtepomp en warmtewisselaar. Deze informatie is nodig om de gebouwbelasting (die we hebben besproken in ons vorige hoofdstuk) naar de uiteindelijke onttrekkings- en injectielast. Maar wat is dit rendement en hoe houd je rekening met seizoensgebonden variatie en modulerende warmtepompen?
Wat is efficiëntie?
Het rendement van een warmtepomp kan zowel worden uitgedrukt in de prestatiecoëfficiënt (COP) als in de seizoensgebonden prestatiecoëfficiënt (SCOP). Beide worden hieronder uitgelegd.
Prestatiecoëfficiënt (COP)
Een warmtepomp gebruikt elektriciteit om warmte van een lage-temperatuurbron (in ons geval de grond) over te brengen naar ons gebouw. Deze elektriciteit wordt gebruikt om een compressor in de warmtepomp aan te drijven, die het uiteindelijke rendement van het systeem bepaalt. Het rendement kan als volgt worden gedefinieerd: $$COP=\frac{\dot{Q}_h}{\dot{E}}$$ waar $\dot{Q}_h$ de warmte is die wordt afgegeven aan het gebouw in (kW) en $\dot{E}$ in (kW) de elektriciteit die hiervoor nodig is. Het vermogen dat wordt onttrokken aan het boorveld $\dot{Q}_c$ kan dus als volgt worden gedefinieerd: $$\dot{Q}_h=\dot{E}+\dot{Q}_c$$
Deze COP-waarde varieert in de tijd en is een functie van zowel de bron (d.w.z. de vloeistoftemperatuur van het boorveld) als de afgiftetemperatuur (35°C, bijvoorbeeld, in het geval van vloerverwarming, of 55°C voor sanitair warm water). Hoewel een gedetailleerde afleiding buiten het bestek van deze cursus valt, wordt de theoretische en maximale COP (Carnotrendement genoemd) als volgt gedefinieerd: $$COP=\frac{T_h}{T_h-T_c}$$ waar $T_h$ de temperatuur van de emissie is in (°K), en $T_c$ de temperatuur van de bron in (°K).
In deze formule wordt een belangrijk principe van warmtepompen duidelijk: hoe groter het verschil tussen de vereiste emissietemperatuur $T_h$ en de brontemperatuur $T_c$, hoe lager het rendement van je warmtepomp, wat leidt tot een hoger elektriciteitsverbruik. Dit is de reden waarom, zoals we in hoofdstuk 1 van dit deel hebben besproken, een grondwarmtepomp in de koudste tijd van het jaar een beter rendement heeft dan de luchtwarmtebrontegenhanger. De $T_c$ van deze laatste is namelijk de omgevingstemperatuur, die ver onder 0°C kan liggen, terwijl dit voor de GSHP de vloeistoftemperatuur in het boorveld is.
Seizoensgebonden prestatiecoëfficiënt (SCOP)
De COP drukt de efficiëntie van de warmtepomp op één uniek moment uit, maar omdat zowel de bodemtemperatuur als de vereiste emissietemperatuur in de loop van de tijd variëren, verandert de COP aanzienlijk (zoals hieronder wordt besproken). Daarom is de maat voor de seizoensgebonden prestatiecoëfficiënt (SCOP) geïntroduceerd. Deze kan worden gedefinieerd als: $$SCOP=\frac{Q_h}{E}$$ waar nu de $Q_h$ de energie is die wordt uitgestoten naar het gebouw en de $E$ de benodigde elektriciteit die daarvoor wordt gebruikt. Deze formule is dus het energie-equivalent van de COP, die kan worden gezien als een gemiddelde waarde voor een heel seizoen. Daarom is een SCOP meestal hoger dan een COP-waarde.
Er zijn ook warmtepompen die geen elektriciteit nodig hebben om te werken, zoals (gas)absorptiewarmtepompen. Hier wordt de compressor in onze traditionele warmtepomp vervangen door een adsorptie- en desorptiecyclus die wordt aangedreven door een warmtebron op hogere temperatuur, zoals geïllustreerd door de gestippelde rechthoek in de afbeelding hieronder. Het rendement wordt hier gedefinieerd als de geleverde thermische energie $Q_h$ gedeeld door de benodigde energie (bij hoge temperatuur) $Q_s$ die naar de desorber gaat.
Terwijl een gewone warmtepomp slechts twee thermische aansluitingen heeft (één aan de warme kant van de warmtepomp, de condensor en één aan de koude kant, de verdamper), is er bij een absorptiewarmtepomp een derde aansluiting bij de absorber. Om de absorptie- desorptiecyclus te laten werken, moet de absorber gekoeld worden. Dit vermogen, $\dot{Q}_a$, kan samen met de energie van de condensor aan het gebouw worden afgegeven.
Deze warmtepompen zijn meestal vrij groot, van 200 kW tot 10 MW, en worden gebruikt in stadsverwarmings- en koelingsnetwerken en in gebouwen met een hoge energiebehoefte, zoals ziekenhuizen.
Energie-efficiëntieverhouding (EER) en seizoensgebonden energie-efficiëntieverhouding (SEER)
In de paragrafen hierboven is de efficiëntie van een warmtepomp tijdens het verwarmen besproken, maar een vergelijkbaar concept kan worden gemaakt voor de koelmodus. Hier is de terminologie Energie-efficiëntieverhouding (EER), die als volgt wordt gedefinieerd: $$EER=\frac{\dot{Q}_c}{\dot{E}}$$ waar $\dot{Q}_c$ nu de aan het gebouw onttrokken energie is. Op dezelfde manier wordt SEER gedefinieerd als $$SEER=\frac{Q_c}{E}$$De energie die in het boorveld wordt geïnjecteerd $Q_h$ is dus $$Q_h=E+Q_c$$
Vergelijkbaar met de verwarmingsmodus kan ook een theoretische EER als volgt worden berekend:$$EER=\frac{T_c}{T_h-T_c}$$ waar $T_c$ de temperatuur van het gebouw is en $T_h$ de temperatuur van de grond.
Modulerende warmtepompen
Hoewel warmtepompen er aan de buitenkant hetzelfde uitzien, kunnen er aan de binnenkant grote verschillen zijn. Een belangrijk verschil is dat tussen aan/uit- en modulerende warmtepompen.
Met een aan-uit warmtepomp staat je systeem altijd aan of uit, zoals de naam al zegt. Dit betekent dat wanneer je gebouw slechts een kleine verwarmingsbehoefte heeft, je warmtepomp op vol vermogen inschakelt, korte tijd draait en dan uitschakelt. Dit cyclische gedrag vormt een grote belasting voor de compressor en daarom schakelen steeds meer fabrikanten over op modulerende warmtepompen.
Als je warmtepomp modulerend is, kan hij op 100 procent van zijn vermogen werken, maar ook op 70 procent of soms zelfs 30 procent. Dit betekent dat als je gebouw een lage vraag heeft, de warmtepomp op een veel lager vermogen kan inschakelen en de vraag van het gebouw nauwkeuriger kan volgen. Daarom hebben modulerende warmtepompen minder start-stops, minder slijtage aan de compressor en zijn ze over het algemeen stiller.
Wanneer een modulerende warmtepomp in deellast werkt (d.w.z. op een lager dan maximaal vermogen), is er nog een ander groot voordeel. Strikt genomen zijn de interne componenten van de warmtepomp nu overgedimensioneerd ten opzichte van de verwarmingsvraag, waardoor het rendement hoger is. Daarom zijn modulerende warmtepompen over het algemeen efficiënter en hebben ze een hogere SCOP dan aan-uit warmtepompen, aangezien beide typen afhankelijk zijn van bron- en emissietemperaturen (zoals hierboven besproken), maar de modulerende warmtepomp heeft het extra voordeel van deellastwerking.
Efficiëntie in boorveldontwerp
Wanneer je boorvelden ontwerpt met een gebouwbelasting, moet je deze op de een of andere manier omzetten naar een grondbelasting (dat wil zeggen onttrekking en injectie van warmte). Dit wordt traditioneel gedaan door gebruik te maken van de SCOP en SEER waarden die te vinden zijn in de technische gegevensbladen, voor een bepaald temperatuurregime. In het geval van vloerverwarming kan bijvoorbeeld de SCOP-waarde gebruikt worden die gegeven wordt bij B0/W35 (wat betekent dat er 0°C binnenkomt vanuit het boorveld en 35°C het gebouw verlaat). Voor sanitair warm water of radiatoren zijn B0/W55-waarden beschikbaar.
Het gebruik van de SCOP en SEER waarden is vrij eenvoudig, maar er zijn ook een paar uitdagingen, die hieronder worden uitgelegd.
-
Door de SCOP te gebruiken om de piekvermogenverwarming om te zetten naar een afzuigpiekvermogen, overschat u het piekvermogen, aangezien de COP tijdens piekomstandigheden doorgaans lager is dan de SCOP. Dit kan leiden tot een te groot boorveld.
-
Als we een SCOP op B0/W35 gebruiken om de vraag naar verwarming en sanitair warm water om te zetten in grondbelasting, gaan we ervan uit dat de temperatuur die onze warmtepomp ingaat 0°C is. In de meeste ontwerpen gebeurt dit echter pas op zijn vroegst na een paar jaar, wat betekent dat de gemiddelde temperatuur hoger is. Dit geeft een hogere SCOP, dus het gebruik van een B0/W35 waarde is een onderschatting van het werkelijke rendement en dus van de onbalans, wat kan resulteren in een te klein boorveld.
-
Het rendement van een warmtepomp is afhankelijk van de vloeistoftemperatuur die uit het boorgat komt, dus dit zal veranderen afhankelijk van het ontwerp. Maar omdat de SCOP meestal een ingang is in plaats van een uitgang van een boorveldontwerp, verandert de SCOP niet als het ontwerp verandert. Dit is nogal contra-intuïtief.
Het moge duidelijk zijn dat er nogal wat uitdagingen en onzekerheden zijn wanneer alleen een SCOP wordt gebruikt voor het ontwerpen van boorvelden. Daarom zullen we ons bij het bespreken van geavanceerde inzichten in het ontwerpen van boorvelden richten op de deellastefficiëntiemodule in GHEtool voor nauwkeurigere simulaties.
Conclusie
In dit laatste hoofdstuk hebben we de verschillende rendementsconcepten (COP, SCOP, EER, SEER, etc.) voor warmtepompen besproken en hoe ze zich tot elkaar verhouden. Hiermee is het laatste stukje benodigde invoergegevens bekend en hebben we alle achtergrondkennis die nodig is om in deel 2 te beginnen over de fysica van geothermische boorvelden.
Vragen
Referenties
- https://en.wikipedia.org/wiki/Absorption_heat_pump [laatst bezocht: 23/01/2026]
- Peere, W. (2025). Integratie van temperatuur- en deellastafhankelijke COP in ondiep geothermisch boorveld Design. In Resultaten van het Duitse geothermische congres DGK 2025. Frankfurt (Duitsland), 18-20 november 2025.