Afgelopen jaar is de discussie over hoe we onze huizen gaan verwarmen na aardgas in volle hevigheid losgebarsten. Vooral het verbod op aardgas bij nieuwbouwwoningen deed het nodige stof opwaaien. De grote uitdaging zit echter niet in de nieuwbouw, maar in de bestaande bouw. Bij nieuwbouw worden de energetische bouwnormen steeds scherper, waardoor verwarmen zonder aardgas ook steeds eenvoudiger wordt. Bestaande bouw is er in vele smaken, waardoor er ook vele oplossingen mogelijk zijn. Wat ook blijkt uit de plannen in de 27 proefwijken die van gas af gaan. Natuurkundig zijn er drie vormen van warmteoverdracht: geleiding, convectie en straling. In dit artikel pleiten we voor meer aandacht voor een specifieke vorm van stralingswarmte: infraroodstralingspanelen.
Dit artikel is geschreven door Gerard de Leede en Krispijn Beek
Geleiding
Geleiding (conductie). Dit is warmteoverdracht binnen de desbetreffende stof, waarbij warmte stroomt van delen met een hoge temperatuur naar delen die kouder zijn. De warmtestroom is afhankelijk van het temperatuursverschil over de afstand en de interne weerstand tegen warmtestroom van het betreffende materiaal. Materialen met een hoge interne weerstand tegen warmtestroom zijn geschikt als isolatiemateriaal.
Convectie
Stroming (convectie). Dit is warmteoverdracht door verplaatsing van een warme vloeistof of een warm gas. Bijvoorbeeld door verplaatsing van warme lucht, deze wordt verwarmd door de radiator, stijgt op naar het plafond, koelt weer af en daalt daardoor weer. Als deze luchtstromen te groot worden is dat onaangenaam en wordt tocht of een koudeval ervaren.
Een centrale verwarming maakt gebruik van convectie. In Nederland beschikt het merendeel (>85%) van de woningen in Nederland over centrale luchtverwarming. Luchtverwarming is inefficiënt en verbruikt veel energie, omdat het volledige volume aan lucht in een ruimte moet worden opgewarmd, ongeacht hoeveel personen er zich in de ruimte bevinden. Warme lucht heeft ook de eigenschap om naar het plafond te stijgen, waar ze van geen nut is voor het verwarmen van personen in een ruimte. Dat betekent dat slechts een deel van het energieverbruik van de centrale verwarming nuttig wordt gebruikt voor het verwarmen van mensen.
Ondanks dat hoge energieverbruik levert luchtverwarming niet het gewenste resultaat op, zeker niet als meerdere mensen dezelfde ruimte delen. In het praktijkhandboek voor binennklimaat in kantoren wordt ervan uitgegaan dat 10 tot 15% van de mensen ontevreden is over het thermisch comfort (te warm of te koud) en dat 10 tot 20% ontevreden is over de ventilatie.
Stralingsverwarming
Bij straling (radiatie) is sprake van warmteoverdracht tussen twee lichamen, die niet met elkaar in aanraking zijn zonder gebruik te maken van een tussenstof. Het ene lichaam is warm en geeft daardoor veel elektromagnetische straling af en verliest zo warmte, en het andere lichaam absorbeert een deel van de binnenkomende straling en zet die om in warmte. De bekendste warmtestraling is de zonnestraling, die zich in het bereik UV-straling, zichtbaar licht en infraroodstraling laat opdelen.
Kris de Decker van Lowtechmagazine noemde stralingsverwarming in 2015:
een controversieel en slecht begrepen onderwerp. Er worden tegenstrijdige meningen verkondigd en er wordt soms met religieus fanatisme over gediscussiëerd. De wetenschap achter stralingswarmte is bijzonder complex en de regulering en normering lopen achterop.
Straling wordt niet geabsorbeerd door de lucht en verwarmt alle voorwerpen en muren/plafonds. Deze stralen terug naar mensen in de woning. Een persoon voelt warmte door overdracht van de hem direct omringende lucht, en stralingswarmte van alle voorwerpen en muren in de ruimte. Een goed voorbeeld van stralingswarmte is zonnewarmte in de sneeuw. Dit is tegelijkertijd een extreem voorbeeld want sneeuw reflecteert heel veel zonnestraling. Een infraroodpaneel gaat dit effect niet evenaren, de werking is wel vergelijkbaar. Leveranciers stellen dat infraroodstralingspanelen bij een 2 tot 3 graden lagere luchttemperatuur hetzelfde comfortniveau kunnen bieden als convectieverwarming. Per graad lagere temperatuur daalt het energieverbruik voor verwarming met ongeveer 6%. Er is nog geen goed kwantitatief onderzoek gedaan naar dit effect. Volgend jaar start hier wel onderzoek naar m.b.v. subsidie vanuit de landelijke TKI regeling.
Een mens is ook gevoelig voor tocht/trek, dat voelt direct kouder en onprettig. Bij IR straling ontstaat geen convectie, zoals dat wel gebeurt bij een warme radiator.
Verder is er een hypothese dat door de straling van de muur het vochtgehalte op en in de muur minder wordt, waardoor een betere isolatiewerking ontstaat.
Traditionele vormen van stralingswarmte zijn de gaskachel en de open haard of houtkachel. Modernere vormen zijn infraroodstralingspanelen, beter bekend als infraroodpanelen. In de praktijk is er een groot verschil in kwaliteit en stralingsfactor tussen verschillende leveranciers. Theoretisch is de stralingsfactor van een infraroodpaneel maximaal 60%. Peter Kosack, onderzoeker aan de Universiteit van Kaiserlautern, spreekt van infraroodstralingsverwarming als de stralingsfactor groter is dan 50%. Infraroodpanelen met een lagere stralingsfactor leveren vooral convectieverwarming.
Kosten bij aanschaf
De aanschafkosten hangen sterk af van de vraag welke stralingsbron gekozen wordt. Infraroodpanelen zijn in verschillende kwaliteiten verkrijgbaar. Voor onze eigen woning van 119 m2 kom ik (Krispijn) op basis van de tarieven die Thuisbaas rekent uit op ongeveer €10.000, inclusief installatiekosten. Als ik alleen de woonkamer en de hal onder handen neem, de twee ruimtes die het meest verwarmd worden, kom ik uit op €4.500, inclusief installatiekosten. Gelet op het beschikbare budget ligt momenteel de keuze voor om de woonkamer, hal en de slaapkamers van de kinderen te voorzien van infraroodpanelen. De voorlopige inschatting van onze installateur is dat we geen verzwaring van de elektriciteitsaansluiting nodig hebben en dat de 6 extra infraroodpanelen passen op onze 1*35A aansluiting. Als dat toch niet mogelijk blijkt moeten we de aansluiting laten verzwaren tot 3*25A wat rond de €250 kost en geen effect heeft op de vastrechtkosten van de elektriciteitsaansluiting.
Op basis van vergelijking van verschillende offertes van leveranciers van infraroodpanelen van goede kwaliteit komen de kosten voor infraroodverwarming momenteel uit op €1.000 tot €1.500 per 25 vierkante meter vloeroppervlak.
Verbruikskosten
De verbruikskosten van infraroodverwarming hangen uiteraard af van het eigen stookgedrag. Als vuistregel kan voor bestaande woningen uitgegaan worden van 25 tot 45 kWh/m2 vloeroppervlak per jaar. DWA komt in zijn recente notitie over zeer energiezuinige nieuwbouw uit op 20 tot 30 kWh/m2, afhankelijk van de bewonersbundel en het forfait voor koeling waar ze mee hebben gerekend (wat niet inzichtelijk is in de notitie). Voor de woning van Krispijn betekent dit een extra electriciteitsverbruik tussen de 3.000 en 5.355 kWh.
In de praktijk komen we verbruikscijfers tussen de 18 en 26 kWh/m2 per jaar tegen in bestaande woningen bij gebruik van infraroodstralingspanelen. Op basis van Krispijn’s eigen stookgedrag was zijn verwachting in 2014 dat er tussen de 1.500 en 2.000 kWh elektriciteit nodig zou zijn voor het verwarmen van de woning met infraroodpanelen. Dat betekent zo’n Euro 315 aan extra elektriciteitskosten. Daar staat een besparing op de gasrekening tegenover van ongeveer Euro 350 (het gasverbruik voor verwarmen bij Krispijn ligt rond de 500 m3 aardgas). Overschakelen op infraroodverwarming lijkt dus geen grote daling van de energierekening op te gaan leveren, tenzij de overheid het beleid om gas duurder te maken en elektriciteit goedkoper doorzet of als de gasprijs de komende jaren harder stijgt dan de elektriciteitsprijs. Echt interessant wordt het eigenlijk pas als de gasaansluiting er helemaal uit kan, dan wordt €180 aan vastrecht voor gas bespaart (tarief Stedin 2018).
Waarom is infraroodverwarming een alternatief voor gas?
Infraroodverwarming is niet nieuw en wordt al meer dan tien jaar op kleine schaal succesvol toegepast in verschillende landen. De techniek heeft een grote potentie om onze woningen goedkoop van het aardgas af te krijgen. Steeds meer ervaringen in de nieuwbouw en renovatie laten zien dat het juist heel comfortabel is om een woning in haar geheel te verwarmen door middel van infrarood techniek. Zo heeft woningbouwcorporatie Kleurrijk Wonen eerder dit jaar jaar 34 energieneutrale nieuwbouwwoningen uitgerust met infraroodverwarming en balansventilatie met warmteterugwinning. Ook Heijmans paste in 2016 infraroodverwarming toe in hun concept voor tijdelijke woningen de Heijmans One. Zelf ben ik (Krispijn) begonnen met de badkamer, een kamer die we vaak, maar slechts kortstondig gebruiken.
Verwarming met infraroodpanelen is nu al betaalbaar en kan ook in stappen worden uitgevoerd. Bijvoorbeeld door eerst de badkamer en woonkamer ermee uit te rusten, of door juist te kiezen voor toepassing in kamers die slechts een deel van de dag gebruikt worden. De kosten van infraroodverwarming zullen volgens Gerard de Leede, Professor of Practice Smart Cities JADS aan de Tilburg Universiteit, razendsnel verder dalen bij grootschalige toepassing. Dat komt omdat het schaaleffect een enorme invloed heeft op de kostprijs van de panelen. Infraroodpanelen zijn op dat punt vergelijkbaar met zonnepanelen. Een infraroodpaneel bevat een geleidende pasta, een type product waar Nederland rond Eindhoven veel kennis en ervaring mee heeft. Volgens Gerard de Leede leert een kostenanalyse van dat de investering op termijn zelfs lager zal uitkomen dan de investering die nodig is voor een gasketel. Bovendien ligt het energieverbruik bij verwarmen van een woning met infrarood panelen minstens 35% lager dan het verbruik bij verwarming op gas, doordat de warmte veel beter wordt benut.
De effectiviteit van infraroodverwarming is te verhogen door speciale verf of speciaal stucwerk toe te passen,waarmee de infraroodstraling gereflecteerd wordt door de muren.
Misverstanden over infraroodverwarming
Toch wordt deze manier van verwarming door adviseurs en instanties behoudend getypeerd als een interessante bijverwarming. Wat opvalt is dat deze meningen over infrarood verwarming zelden zijn gebaseerd op degelijke ervaringsfeiten. De conclusies worden volgens Gerard de Leede veelal getrokken uit beperkte deelonderzoeken en -aspecten.
Een van de veel gehoorde argumenten tegen infraroodverwarming is dat infraroodverwarming een coefficient of performance (COP) van 1 heeft. De COP geeft de verhouding weer tussen de hoeveelheid afgegeven warmte tegenover de hoeveelheid verbruikte energie. Hoe hoger de COP hoe kleiner de hoeveelheid elektriciteit die nodig is om een huis te verwarmen. Bij gebruik van stralingswarmte wordt de lucht niet opgewarmd en is de COP waarde dus ook niet relevant. De daadwerkelijk meetbare energiebesparing ten opzichte van verwarmen met gas bedraagt minstens 35%.
Een ander argument tegen infrarood verwarming is dat de stroom voor de panelen van het elektriciteitsnet moet komen. Die stroom wordt momenteel nog grotendeels opgewekt uit fossiele brandstoffen als kolen en gas. Maar bijna alle duurzame woningen zijn voorzien van een dak met zonnepanelen, deze verbruiken in het stookseizoen veel van de duurzaam opgewekte stroom direct zelf voor de verwarming. Verder zal de landelijke energiemix in snel tempo gaan veranderen als gevolg van nieuw beleid. Volgens de Nationale Energieverkenning Verkenning 2017 (NEV-2017) stijgt het aandeel groene stroom naar meer dan 50% in 2025 en ongeveer 75% in 2030. Dit is inmiddels al weer achterhaald, doordat hierin de aangekondigde sluiting van alle kolencentrales in Nederland uiterlijk in 2030 nog niet is meegenomen. Een groot deel hiervan zal van wind op zee en wind op land komen (in 2020 38% en in 2030 59%), windmolens leveren in het stookseizoen meer elektriciteit dan in de zomer. Voor een uitgebreidere onderbouwing zie het blog van Jasper Vis.
Een ander veelgehoord argument tegen infrarood verwarming betreft de uitdaging voor ons elektriciteitsnetwerk bij vergaande elektrificering van de energievraag in de woningen. Hier moeten we nuchter kijken naar de beschikbare data. Uit de praktijkmetingen aan woningen die geïsoleerd zijn naar de huidige standaarden blijkt dat de stroomvraag bij infrarood verwarming helemaal niet zo groot is. Dat blijkt zelfs op koude dagen zo te zijn. We hebben het hier over een stroomverbruik als van een flinke stofzuiger. Het stroomverbruik variëert bovendien niet veel over een etmaal. Energiezuinigheid en een aangenaam binnenklimaat gaan hier hand in hand. Dat geeft een gelijkmatige belasting van het elektriciteitsnet, en de gevreesde grote piekvragen blijven achterwege.
Conclusie
De sector zou in snel tempo meer ervaring op moeten doen met de praktische toepassing van infrarood verwarming in nieuwbouw en renovatie. Er is zeker nog ruimte voor verbetering. Nu nog worden infraroodpanelen veelal met de hand bediend, of met een thermostaat. Het systeem leent zich echter uitstekend voor eenvoudige besturingen met slimme, gebruiksvriendelijke apps. Wetenschappers hebben veel bruikbare kennis over de relaties tussen binnenklimaat en comfort, die we met deze manier van verwarmen optimaal kunnen gaan benutten. De eerste fabrikanten die werken aan slimme, gebruiksvriendelijke apps zijn er al.
Om de transitie voortvarend en tegen zo laag mogelijke kosten uit te voeren is het aangewezen in te zetten op snel schaalbare innovaties. Er wordt gestreefd naar de juiste oplossingen in de transitie, de zogenaamde ‘no regret’ oplossingen. De ervaringsfeiten tonen aan dat infarood verwarming wel eens bovenaan in de lijst van de ‘no regret’ oplossingen zou kunnen thuishoren. We dagen de betrokkenen in de sector uit om zich versneld en beter te verdiepen in de infrarood techniek.
Dit bericht is geschreven voor en gepubliceerd op Sargasso.
