Modulerende warmtepompen zijn het nieuwste en meest performante type warmtepomp, maar maken we al optimaal gebruik van hun eigenschappen bij het ontwerpen van boorvelden? In dit artikel onderzoeken we een van de belangrijkste aannames bij het ontwerpen van boorvelden: het rendement van de warmtepomp.
!Let op
Dit artikel is gebaseerd op onderzoek uitgevoerd door Enead BV in samenwerking met Alpha Innotec en werd gepresenteerd op het geothermische congres in Frankfurt (18-20 november 2025).
Modulerende warmtepompen
Warmtepompen zijn zeer interessante en geavanceerde machines die warmte op een lage temperatuur kunnen omzetten in warmte op een hoge temperatuur door gebruik te maken van een compressor. Maar hoewel ze aan de buitenkant op elkaar lijken, kunnen er aan de binnenkant heel wat verschillen zijn. Een van deze belangrijke verschillen is het verschil tussen aan/uit warmtepompen en modulerende warmtepompen.
Als je een aan-uit warmtepomp hebt, is je systeem (zoals de naam al zegt) altijd 100 procent aan of 100 procent uit. Dit betekent dat wanneer je gebouw slechts een kleine vraag naar verwarming heeft, je warmtepomp op maximaal vermogen inschakelt, korte tijd draait en dan uitschakelt. Dit cyclische gedrag veroorzaakt vrij veel slijtage aan de compressor, daarom schakelen steeds meer fabrikanten over op modulerende warmtepompen.
Als je warmtepomp modulerend is, betekent dit dat hij op 100 procent van zijn vermogen kan werken, maar ook op 70 procent of soms zelfs 30 procent. Dit betekent dat als je gebouw maar een kleine vraag heeft, hij op een veel lager vermogen kan inschakelen en de vraag van het gebouw nauwkeuriger kan volgen. Modulerende warmtepompen hebben daarom minder startonderbrekingen, minder slijtage aan de compressor en zijn 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. Omdat de interne componenten van de warmtepomp nu strikt genomen te groot zijn in verhouding tot de verwarmingsvraag, is het rendement ook hoger. Daarom hebben modulerende warmtepompen vaak een hoger rendement dan aan-uit warmtepompen.
!Let op
Voor de volledigheid: aan-uit warmtepompen kunnen ook een vorm van modulatie hebben. Zo hebben warmtepompen met een hoger vermogen (bijvoorbeeld 64 kW) meestal meerdere compressoren parallel. Als je bijvoorbeeld 2 compressoren hebt die samen de volle 64 kW kunnen leveren, kan één compressor 32 kW leveren, wat geïnterpreteerd kan worden als 50% deellast.
Warmtepomp efficiëntie
Het rendement van warmtepompen is niet eenduidig en hangt af van een heleboel factoren. Een van de belangrijkste factoren voor het rendement van warmtepompen is de zogenaamde lift, dat wil zeggen de delta T die de warmtepomp moet leveren tussen de brontemperatuur (in ons geval de grond) en het gebouw. Hoe lager deze lift, hoe hoger het rendement van de warmtepomp. Bij modulerende warmtepompen is er nog een extra vrijheidsgraad, namelijk het deellastgedrag, dat vrij veel invloed heeft op het rendement.
Het rendement van een warmtepomp kan worden gedefinieerd als de hoeveelheid warmte die kan worden geleverd voor een bepaalde hoeveelheid elektriciteit en ligt meestal tussen de 2,5 en 7. Dit rendement wordt meestal op twee manieren weergegeven. Dit rendement wordt meestal op een van de volgende twee manieren weergegeven:
- De COP of prestatiecoëfficiënt beschrijft het rendement van de warmtepomp op dit moment. Het is afhankelijk van de condensor- en verdampertemperatuur en, in het geval van modulerende warmtepompen, ook van het deellastvermogen.
- De SCOP of Seizoensgebonden prestatiecoëfficiënt is een algemene parameter die een schatting geeft van de gemiddelde seizoensgebonden efficiëntie van de warmtepomp, rekening houdend met variërende temperaturen en verschillende modulatiegraden. Het wordt berekend aan de hand van een bepaalde norm (bijvoorbeeld EN 14825) en vormt een basislijn om de efficiëntie van verschillende machines te vergelijken.
Over het algemeen is de SCOP-waarde voor een bepaalde brontemperatuur hoger dan de COP-waarde voor dezelfde temperaturen, omdat de SCOP een meer gemiddeld beeld geeft van het rendement dan de COP.
!Let op
De SCOP wordt meestal gedefinieerd als B0/W35 waarbij 0°C de temperatuur is van het antivriesmengsel in de grond en 35°C de watertemperatuur die het levert aan het gebouw. Voor andere emissiesystemen die een hogere temperatuur vereisen (bijvoorbeeld radiatoren) zijn ook B0/W45 of B0/W55 waarden beschikbaar.
Efficiëntie in boorveldontwerp
Als je boorvelden ontwerpt, heb je meestal een gebouwbelasting die je op de een of andere manier moet omzetten naar een grondbelasting (dat wil zeggen, onttrekken en injecteren van warmte). Dit wordt traditioneel gedaan door een SCOP waarde te gebruiken die je kunt vinden in de technische informatiebladen. Er zijn echter een paar problemen met deze aanname.
-
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.
-
Door een SCOP op B0/W35 te gebruiken om de verwarmings- en warmwatervraag om te zetten naar een grondbelasting, ga je ervan uit dat de bodemtemperatuur 0°C is. In de meeste ontwerpen gebeurt dit echter pas na een paar jaar, als het al gebeurt, 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 rendement en dus van de onbalans, wat kan resulteren in een te lage dimensionering (zie bijvoorbeeld ons artikel over hoe omgaan met onbalans).
-
Het rendement van een warmtepomp is afhankelijk van de bodemtemperatuur en zal dus 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 mag duidelijk zijn dat er nogal wat uitdagingen en onzekerheden zijn bij het gebruik van alleen een SCOP voor het ontwerp van het boorveld. Daarom introduceren we in de volgende paragraaf onze nieuwste onderzoeksresultaten over het ontwerpen met modulerende en aan-uit warmtepompen.
Drie verschillende aannames voor efficiëntie
Voor drie verschillende gebouwen (een woongebouw, een kantoorgebouw en een gebouw met meerdere nutsvoorzieningen) werden drie verschillende aannames onderzocht om de gebouwbelasting om te zetten naar een grondbelasting:
- De traditionele, constante SCOP (die in ons geval 4,86 is)
- Een temperatuurafhankelijke COP
- Een temperatuur- en deellastafhankelijke COP
Hoewel sommige software (zoals EWS en GLD) houdt al rekening met de temperatuurafhankelijke COP, is er momenteel geen tool die kan werken met het deellastgedrag van een modulerende warmtepomp.
Het effect van de verschillende aannames op zowel de vereiste boorgatlengte als het uiteindelijk berekende rendement wordt hieronder besproken.
!Let op
Voor het rendement van de warmtepomp zijn de gegevens van een SV62 Alpha Innotec warmtepomp gebruikt.
Effect op vereiste boorgatlengte
Als we kijken naar het effect dat onze rendementsaanname heeft op de vereiste boorgatdiepte, zien we dat er bijna geen variatie is tussen de drie verschillende aannames. In het geval van het gebouw met meerdere nutsvoorzieningen is er een kleine toename in de vereiste diepte voor een ontwerp met een minimale gemiddelde vloeistoftemperatuur van 3°C wanneer de deellastafhankelijkheid in de COP wordt opgenomen. De toename is echter slechts 3%, wat verwaarloosbaar is.
Kortom, op basis van bovenstaande gevallen kan geconcludeerd worden dat de overschatting van het piekvermogen en de onderschatting van de onbalans, zoals eerder genoemd, elkaar lijken op te heffen, waardoor het ontwerp vrij gelijk blijft aan het SCOP B0/W35 ontwerp. De efficiëntie is echter heel anders.
Effect op efficiëntie
Hieronder wordt de gemiddelde berekende SCOP getoond voor de drie verschillende gevallen. Het is te zien dat, hoewel er soms een klein verschil is, het officiële B0/W35 rendement vrij dicht bij de temperatuurafhankelijke COP ligt. Dit betekent dat er, op basis van de onderstaande voorbeelden, geen echte reden is om alleen met een temperatuurafhankelijke COP te werken, aangezien dit niets verandert aan het ontwerp of de SCOP.
Als we daarentegen de deellastafhankelijkheid meenemen, is er een significant verschil van 10 tot 50 procent in SCOP tussen de officiële B0/W35 en het verwachte rendement. Dit is het gevolg van een dubbel effect:
- De warmtepomp werkt het grootste deel van de tijd in het efficiëntere deellastregime en
- In deellast zijn de vloeistoftemperaturen hoger door de lagere warmteafvoer, wat leidt tot een efficiëntere werking.
Om het belang van de deellastafhankelijkheid verder uit te leggen, zoomen we in op het gebouw met meerdere nutsvoorzieningen. Hieronder wordt het temperatuurprofiel getoond.
In het bovenstaande temperatuurprofiel is duidelijk te zien dat de gemiddelde vloeistoftemperatuur nogal fluctueert. Als we inzoomen op de eerste 5 maanden en de COP van zowel de temperatuurafhankelijke COP als de temperatuur- en deellastafhankelijke COP nader bekijken, zien we dat de variaties in de laatste veel groter zijn dan wanneer de deellast buiten beschouwing wordt gelaten. Ten tweede kunnen we zien dat tijdens piekmomenten, wanneer beide warmtepompen in vollast werken, hun rendementen samenvallen.
In de grafiek hieronder worden de SCOP-waarden getoond voor elk jaar van de simulatieperiode van 20 jaar. Het is duidelijk dat wanneer we rekening houden met de temperatuurafhankelijkheid, het rendement hoger begint dan het eindigt, vanwege het door extractie gedomineerde boorveld. Met name de zuiver temperatuurafhankelijke COP heeft na 20 jaar een lager rendement dan de SCOP B0/W35-waarde. Dit komt omdat deze veronderstelling geen rekening houdt met een standaard deellastgedrag, waardoor het rendement wordt onderschat wanneer we dicht bij 0°C zijn.
Daarentegen laat de temperatuur- en deellastafhankelijke COP duidelijk het voordeel zien van het gebruik van een modulerende warmtepomp, waarbij het rendement aanzienlijk hoger is dan de officiële waarde van 4,86 B0/W35.
Design met deellast-COP's
Het mag duidelijk zijn dat het opnemen van de deellastefficiëntie in je ontwerp heel wat voordelen kan hebben.
Ten eerste heeft je ontwerp een effect op het rendement, zodat je uiteindelijk de effecten kunt zien van een hogere of lagere gemiddelde minimumtemperatuur van de vloeistof of van het werken met diepere of ondiepere boorvelden.
Ten tweede zul je het verschil in efficiëntie kunnen evalueren bij de keuze tussen modulerende en aan/uit warmtepompen. Bovendien zul je de voordelen en risico's kunnen evalueren van het werken met een te grote warmtepomp die meer tijd in deellast kan doorbrengen.
Maar het belangrijkste is dat u eindelijk het echte rendement van een warmtepomp kunt laten zien, dat meestal veel hoger is dan de officiële B0/W35-waarde. Een rendementsverbetering tot 50%, zoals in het geval van het kantoor hierboven, kan de economische evaluaties aanzienlijk veranderen ten gunste van de geothermische oplossing.
Conclusie
Tegenwoordig wordt de officiële SCOP-waarde gebruikt om gebouwbelastingen om te rekenen naar grondbelastingen, waarbij de temperatuur en, nog belangrijker, het deellastgedrag van een modulerende warmtepomp worden genegeerd.
Op basis van drie casestudies is aangetoond dat het opnemen van deze nuance in het geothermische ontwerp het uiteindelijke ontwerp niet veel verandert, maar wel de resulterende berekende SCOP-waarde.
De dimensionering met de warmtepomp in gedachten zal de volgende grote stap zijn in het ontwerp van geothermische boorvelden, dus blijf op de hoogte!
Blijf op de hoogte
Het ontwerp met deellastefficiëntie komt naar GHEtool Cloud in Q1 2026!
Referenties
- Bekijk onze video over dit artikel op onze YouTube pagina hier.
- 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.