In opdracht van RVO en Topsector Energie is uitgebreid onderzocht hoe verschillende koudemiddelen presteren in kleine warmtepompen voor woningen. Uit de simulaties blijkt dat vooral propaan (R290) en de HFO’s R1234ze en R1234yf opvallend goed uit de bus komen, zowel qua rendement als qua klimaatimpact.
Waarom zoeken naar andere koudemiddelen?
Veel huidige warmtepompen draaien nog op F-gassen zoals R410A en R32. Die hebben een relatief hoge GWP-waarde en dragen bij lekkage fors bij aan de opwarming van de aarde. Daarom kijken fabrikanten en beleidsmakers steeds nadrukkelijker naar natuurlijke koudemiddelen en nieuwe generatie HFO’s, met een veel lagere GWP.
Onderzoek: kleine warmtepompen als uitgangspunt
Het onderzoek richtte zich specifiek op kleine warmtepompen voor woningen en kleine woongebouwen, in de vermogensrange van circa 4 tot 12 kW. De hoofdvraag: hoe verhouden natuurlijke koudemiddelen zich tot bekende F-gassen als R410A en R32, en wat doen de nieuwe HFO’s R1234ze en R1234yf?
Gekozen koudemiddelen in de simulatie
In totaal zijn tien koudemiddelen doorgerekend, waaronder:
- F-gassen: R410A, R407C, R134a, R32
- Natuurlijke koudemiddelen: R290 (propaan), R600a (isobutaan), R1270 (propeen), R717 (ammoniak)
- HFO’s: R1234ze en R1234yf
Daarbij is gekeken naar verschillende brontemperaturen (+7 en -7 °C voor lucht/water, 0 en 10 °C voor bodem, en 20 °C voor restwarmte/ventilatie) en aanvoertemperaturen van 35 tot 75 °C aan de verwarmingszijde.
Simulatiemethode: focus op COP-verschillen
Met de software CoolTools is voor alle koudemiddelen de COP berekend onder identieke condities. De simulatie houdt rekening met compressorrendement en leidingverliezen, maar niet met hulpenergie voor ventilatoren en pompen. Het gaat dus vooral om vergelijken, niet om absolute rendementen.
Natuurlijke koudemiddelen presteren opvallend goed
In vrijwel alle scenario’s presteren de natuurlijke koudemiddelen beter dan R410A. De belangrijkste conclusies:
- R290 (propaan) scoort ongeveer 5–10% beter dan R410A en 10–15% beter dan R407C.
- R600a (isobutaan) laat ten opzichte van R407C zelfs een winst van 15–20% zien.
- Ook ammoniak (R717) en R1270 (propeen) presteren thermodynamisch zeer goed, maar zijn lastiger toepasbaar door materiaal- en componentbeperkingen.
R134a: goed rendement, maar te hoge GWP
Opvallend is dat R134a in de simulaties een goede COP laat zien, ook bij hogere aanvoertemperaturen. Toch is dit middel in de praktijk geen logische keuze voor nieuwe systemen, omdat de GWP-waarde van 1.430 veel te hoog is. Alleen enkele specifieke systemen, zoals bepaalde bodemwarmtepompen, gebruiken het nog.
HFO’s R1234ze en R1234yf: veelbelovend maar niet zonder zorgen
De HFO’s R1234ze en R1234yf laten in de simulaties een COP zien die vergelijkbaar is met of beter dan R134a, maar dan met een zeer lage GWP (onder de 4). Dat maakt ze interessant als alternatief.
Tegelijkertijd plaatsen de onderzoekers een belangrijke kanttekening: bij lekkage vallen HFO’s uiteen in stoffen zoals TFA (trifluorazijnzuur), die in verband worden gebracht met PFAS-problematiek. Thermisch presteren ze dus goed, maar ecologische effecten vragen nog meer onderzoek.
R32 haalt voordeel in de praktijk niet waar
Veel fabrikanten profileren R32 als energiezuiniger dan R410A. Uit de simulaties blijkt echter dat de COP van R32 vrijwel gelijk is aan die van R410A. Eerder vergelijkend werk op basis van praktijkdata wees daar ook al op. Het echte winstpunt van R32 zit vooral in de lagere GWP-waarde ten opzichte van R410A, niet in een substantieel hoger rendement.
CO₂ vooral interessant voor tapwater
CO₂ (R744) is niet volledig in dezelfde simulatie meegenomen, omdat het transkritische gedrag een andere aanpak vraagt. Uit aanvullende analyses blijkt:
- Bij radiatoren met hoge retourtemperaturen blijft de COP vaak laag.
- Bij tapwaterwarmtepompen met lage retourtemperaturen (rond 10 °C) behaalt CO₂ juist een COP van circa 3,5–4,75.
CO₂ blijkt daarmee vooral geschikt voor tapwatertoepassingen en minder voor klassieke hoge-temperatuurverwarming met radiatoren.
Isobutaan: technisch sterk, maar nog weinig toegepast
Dat R600a (isobutaan) in veel scenario’s het beste scoort, maakt de afwezigheid in kleine warmtepompen opvallend. In huishoudkoelkasten is dit middel al jarenlang de standaard.
Belangrijke redenen voor het beperkte gebruik in warmtepompen zijn:
- Componentbeschikbaarheid: compressoren en andere onderdelen zijn nog nauwelijks vrijgegeven voor R600a in deze vermogensrange.
- Volumetrische capaciteit: voor dezelfde verwarmingscapaciteit is relatief meer koudemiddelvolume nodig dan bij propaan, waardoor componenten groter moeten zijn.
Volgens de onderzoekers zal een groeiende marktvraag naar R600a de prijs en beschikbaarheid van geschikte componenten verbeteren.
Invloed van hoge aanvoertemperaturen
Een belangrijke rode draad: bij hoge cv-aanvoertemperaturen keldert de COP voor alle koudemiddelen. Enkele hoofdpunten:
- Bij -7 °C buiten en 65 °C aanvoer zakt de COP van alle middelen terug naar ongeveer 2,0–2,5.
- Met R410A is 75 °C praktisch niet haalbaar door de kritische temperatuur van het middel.
- Natuurlijke koudemiddelen en HFO’s kunnen 75 °C aanvoertemperatuur wél halen, maar tegen een duidelijk lagere COP.
De boodschap: hoe lager de benodigde aanvoertemperatuur, hoe meer voordeel van de ‘goede’ koudemiddelen. Lage-temperatuursystemen (vloerverwarming, lagetemperatuurradiatoren) blijven daarom cruciaal.
Wat betekent dit voor toekomstige warmtepompen?
Uit het onderzoek komt een duidelijk beeld naar voren:
- Propaan (R290) en R600a bieden een combinatie van hoog rendement en lage GWP.
- HFO’s hebben goede thermische prestaties en zeer lage GWP, maar vragen nog aandacht op het gebied van milieueffecten (TFA/PFAS).
- R32 is vooral een stapje beter qua GWP, niet qua COP.
- CO₂ is vooral interessant voor tapwaterwarmtepompen.
Voor kleine warmtepompen in woningen ligt de toekomst dus duidelijk bij natuurlijke koudemiddelen en selectieve inzet van HFO’s, mits de installatiepraktijk en regelgeving goed worden ingericht op veiligheid en duurzaamheid.
