Uitkomsten onderzoek infraroodverwarming W/E Adviseurs

Met de gestegen gasprijzen neemt de belangstelling voor energiebesparen en voor andere verwarmen toe. Dat is ook te zien in de bezoekersaantallen die op mijn weblog komen op zoek naar verhalen over infraroodverwarming. Tijd dus om aandacht te geven aan recent gepubliceerd onderzoek van W/E Adviseurs in opdracht van de TKI Urban Energy en RVO over infraroodverwarming. Onze eigen ervaringen van de afgelopen 2 jaar bewaar ik voor een volgende keer

Disclaimer: we hebben zelf ook meegedaan aan het onderzoek.

Wat is infrarood verwarming?

Conventionele radiatoren verwarmen de lucht in de hele ruimte door middel van convectie. Infrarood panelen zetten elektriciteit om in infraroodstraling. Straling warmt niet de lucht op, maar het oppervlak van de objecten en personen die geraakt worden door de straling.

Tussen twee objecten vindt altijd uitwisseling van straling plaats. Opgewarmde voorwerpen houden de warmte langer vast dan dat lucht warmte vasthoudt, waardoor de voorwerpen de warmte ook weer afgeven aan andere objecten. Een object dat warmer is geeft deze energie af in de vorm van straling aan het andere object. Het menselijk lichaam kan deze straling via de huid waarnemen als warmte. Hoe goed een object warmte als stralingswarmte afgeeft is gedefinieerd als het stralingsvermogen. Het stralingsvermogen hangt af van de oppervlakte, temperatuur en de emissie van zowel het uitstralende als het bestraalde object.

De temperatuur van het warmte emitterend oppervlak speelt een cruciale rol bij infrarood verwarming. Hoe hoger de oppervlaktetemperatuur, des te hoger het stralingsvermogen. Bij een lagere oppervlaktetemperatuur kan de infraroodverwarming wel hetzelfde stralingsvermogen afgeven indien het warmteafgevende oppervlak dan verhoudingsgewijs groter is.

Infraroodverwarming heeft een aantal voordelen ten opzichte van convectieverwarming.
Doordat infrarood verwarming niet voor luchtcirculatie zorgt, wordt tocht door de aantrek
van koude lucht voorkomen en is er minder circulatie van stof en pollen. Het verwarmen
van lucht kan deze uitdrogen en zorgen voor condensvorming.

Vanuit de leveranciers van IR-panelen worden de volgende voor- en nadelen aangedragen:

Voordelen van IR-verwarming

  • Geringe aanschaf kosten
  • Lange levensduur
  • Neemt weinig ruimte in beslag
  • Eenvoudige installatie
  • Nagenoeg geen onderhoud
  • Snelle responstijd
  • Minder systeemverliezen
  • Minder warmteverlies door buitenluchttoetreding door lagere luchttemperatuur
  • Voorkomt schimmelvorming in vochtige ruimtes of op aangestraalde koudebruggen
  • Esthetisch goed in te passen en in vele verschijningsvormen verkrijgbaar

Nadelen IR-verwarming

  • Tijdens gebruiksuren hoge energiekosten
  • Kan geen koudeval door buitenluchttoetreding opvangen
  • Aparte voorziening voor warmtapwater nodig met mogelijk hoge netbelasting
  • Plaatselijk verminderd comfort door “schaduwwerking” van meubilair
  • Asymmetrie in comfortbeleving

Door de snelle responstijd worden IR-panelen vooral geschikt geacht voor ruimten die niet continu gebruikt worden of die slechts af en toe gebruikt worden. 5-10 minuten na het inschakelen van het IR-paneel is dit volledig opgewarmd en is de invloed goed merkbaar.

Het thermische comfort is dan duidelijk verbeterd. Het duurt nog minimaal een half uur tot objecten in het vertrek en wanden/vloer voldoende zijn aangestraald en (iets) opgewarmd zijn zodat een thermisch comfortabele situatie bereikt wordt.

In principe kan IR-verwarming altijd toegepast worden, echter wanneer de verwarming veel uren aan staat zijn gedurende die uren de verwarmingskosten hoog vergeleken met bijvoorbeeld een elektrische warmtepomp die een belangrijk deel van de warmte uit de buitenlucht of bodem haalt. De investeringskosten van IR-verwarming zijn veel lager dan die van vloerverwarming met een warmtepomp of een cv-ketel. Om een goede afweging te kunnen maken is het nodig een lifecyclecost (LCC) berekening te maken.

Onderzoek infraroodverwarming

Voor het onderzoek heeft W/E Adviseurs met enige moeite 60 woningen gevonden die infraroodpanelen als hoofdverwarming hebben en waarvan de bewoners wilden meewerken aan comfort- en energiemetingen. Bij 52 woningen is dat ook daadwerkelijk gelukt. W/E heeft geen beeld of het beeld van deze 52 woningen representatief is voor alle met infrarood verwarmde woningen in Nederland. De woningen in het onderzoek zijn verspreid over heel Nederland en kennen ook grote variatie over type, bouwjaar en isolatieniveau.

Het project had als onderzoeksvraag: ‘Onder welke omstandigheden is het zinvol en heeft het
toegevoegde waarde om infraroodpanelen toe te passen in woningen?’

De gegevens die zijn verzameld in dit onderzoek zijn volgens W/E onvoldoende om een goed onderbouwd compleet antwoord op deze vraag te kunnen geven. Wel geeft het onderzoek meer inzicht in de toepassing van infraroodpanelen, aandachtspunten bij de toepassing, het energiegebruik, ervaren comfort en opgenomen vermogens.

W/E geeft aan dat gedrag zeer bepalend is voor de prestatie van de infraroodpanelen, zijnde het energieverbruik, piekvermogen en ervaren comfort. Dit begint al bij het te installeren vermogen dat sterk varieert tussen de verschillende woningen, maar werkt ook door in de manier waarop de panelen gebruikt worden. Zelfs in identieke woningen is het type bewoner en zijn of haar gedrag bepalend voor de energieprestatie van de woning en de verwarmingsinstallatie.

Comfort

Hoewel het voor W/E lastig is om zonder controlemetingen in vergelijkbare woningen met een ander verwarmingssysteem (vooral ander afgiftesysteem zoals hoge temperatuur radiatoren of lage temperatuur vloerverwarming) een kwalitatieve uitspraak te doen over het ervaren comfort blijkt wel dat IR-panelen in de helft van de tijd (52% van de registraties) naar de mening van de bewoners zorgen voor een behaaglijk thermisch binnenklimaat. 15% van de registraties is ‘een beetje warm’ en 15% ‘een beetje koud’. Het is vaker te warm (30% van de registraties) dan te koud (18%). Als het buiten koud is, vindt men het binnen ook vaker koud.

W/E heeft gezocht naar parameters die invloed hebben op het ervaren thermisch comfort. Geen van de parameters (buitentemperatuur, woningtype, verliesoppervlakte, energielabel, verwarmingsvermogen, kleding, schoeisel, activiteit) lijkt echter doorslaggevend te zijn. Ook in de hele koude week in februari 2021 is er geen heel ander beeld. Dat in deze studie geen significant verband is gevonden, wil niet zeggen dat er geen relatie ís tussen deze parameters en het beleefde comfort. Wel lijkt het er volgens W/E op dat men de nadelen van IR (zoals stralingsasymmetrie) voor lief neemt wanneer men zelf heeft gekozen voor dit type verwarming.

Energie

Hoewel er nog steeds een behoorlijke spreiding zit in de verbruiken van de IR-panelen per m2 gebruiksoppervlakte, vooral bij de appartementen, zit zo’n 50% van de woningen tussen een verbruik van 20 en 50 kWh/m2 en gemiddeld rond de 40 kWh/m2. (Dat is het verbruik dat is geregistreerd in februari-maart 2021, teruggerekend tot een standaardklimaatjaar). We hebben onvoldoende kennis over de woningen om dit getal af te zetten tegen een berekende warmtebehoefte. Het is fors minder dan het gemiddelde van woningen met een gasgestookte verwarming (circa 90 kWh/m2). Er moet nog wel rekening gehouden worden met een mogelijk hoger energiegebruik van IR-woningen voor tapwater en eventueel koeling.

Het verbruik per persoon is gemiddeld 1.350 kWh, met 50% van de gevallen tussen 930 en 1.720 kWh/jaar.

Er is een duidelijk verband tussen energiegebruik en gebruiks- en verliesoppervlakte. Woningen met een betere thermische schil (nieuwere woning) hebben een lager verbruik. Er zit minder spreiding in het verbruik per m2 verliesoppervlakte dan in het verbruik per m2 gebruiksoppervlakte. Verliesoppervlakte is daarmee een betere indicator voor het energiegebruik dan de gebruiksoppervlakte.

Comfort en energie

W/E ziet geen duidelijk verband tussen energieverbruik van de IR-panelen en het ervaren comfort. Bij woningen met een laag verbruik is het comfort vaker ‘te warm’, bij woningen met een hoog verbruik vaker ‘te koud’. Blijkbaar is in die laatste gevallen het vermogen, de regelbaarheid en/of de locatie van de panelen onvoldoende om het warm te krijgen. Mogelijk spelen ook nog andere aspecten een rol zoals de luchtdichtheid van de woningen, of de koudeval bij ramen.

Vermogen

De piekvraag in de woningen lijkt volgens W/E eerder bepaald door het type tapwatertoestel dan door de infraroodpanelen. De maximale vermogens liggen voor de meeste woningen tussen 10 en 15 kW, met uitschieters richting 20 kW. Dat betekent dat er in die woningen zeker een 3x35A aansluiting aanwezig moet zijn om overbelasting te voorkomen, vermoedelijk groter. Als een dergelijke kostbare aansluiting nodig is om een all-electric woning mogelijk te maken (en hoge investeringen in een warmtepomp te voorkomen) zullen de life cycle kosten van een woning met IR-panelen al snel hoger liggen.

Bijkomend nadeel van stralingsverwarming is dat het slechts beperkt mogelijk is om de verwarmingscapaciteit op een ander moment in te zetten, waardoor ook de mogelijkheden beperkt zijn om de pieken af te vlakken.

Op wijkniveau is de gelijktijdigheid van verwarming echter groter dan van tapwater. Op koudemomenten (begin van de avond, buiten ruim onder nul) is het gemiddelde van de woningen (dus inclusief gelijktijdigheidsfactor) kortstondig zo’n 6 kW. Bij grootschalige toepassing in een gebied (wijk/buurt) leidt dit mogelijk tot congestieproblemen en uitval en daarmee tot aanzienlijke maatschappelijke kosten om dat te voorkomen. Toepassing van batterijen of thuisaccu’s op woning- of buurtniveau kunnen de hoogte van de pieken waarschijnlijk aanzienlijk reduceren.

Conclusies/aanbevelingen

Overall geeft W/E Adviseurs de volgende randvoorwaarden voor plaatsing van IR-panelen mee:

  • Houd rekening met een ander thermisch comfort.
    IR-panelen warmen sneller op en koelen sneller af. Dat betekent ook dat een ander (actiever) stookgedrag van bewoners nodig is.
    Stralingsasymmetrie treedt op. De meeste bewoners vinden dat niet erg, maar het wijkt wel af van meer gangbare systemen met radiatoren en/of vloerverwarming.
  • Houd rekening met de maximale vermogensvraag van de woningen.
    Op woningniveau moet een oplossing voor warmwater gekozen worden die past binnen de (beoogde) elektrische aansluiting. Grote vermogens hebben een zwaardere aansluiting nodig en dat leidt tot significant hogere vastrechtkosten.
  • Houd rekening met de maximale vermogensvraag van de wijk.
    Als projectmatig IR-panelen worden toegepast moet ook gekeken worden naar de gelijktijdige vermogensvraag in relatie tot de capaciteit van het lokale elektriciteitsnet.
  • Zorg indien mogelijk voor het beperken van de maximale vermogensvraag door een verantwoorde keuze voor een tapwatertoestel, een voorrangsregeling en/of opslag (accu) op woning- of wijkniveau.

Het onderzoek biedt onvoldoende aanknopingspunten om randvoorwaarden mee te geven over bijvoorbeeld woningtype, woningomvang, isolatieniveau, gezinssamenstelling (aantal bewoners, leeftijd) of bewonersgedrag (als bijvoorbeeld ingestelde binnentemperatuur, aanwezigheid).

Het hele onderzoek kun je hieronder lezen of bekijk het webinar: