Het hoe en waarom van de elektrische cv-ketel 

Een elektrische cv-ketel verwarmt je woning met 'stroom' in plaats van aardgas. Wat betreft werking is het een ideaal toestel hij is stil en betrouwbaar. Echter in plaats van 1m³ Gronings aardgas gebruikt deze ketel voor elke m³ aardgas 9 kWh aan stroom.  Bij een gasverbruik van 1000 m³ per jaar wordt dit dus 9000 kWh per jaar. Als je deze stroom zelf kan opwekken is dat prima, kan dat niet dan is een elektrische ketel op dit moment economisch geen goede keus. 

Een cv-ketel is in veel huishoudens nog steeds het hart van het verwarmingssysteem. De meeste woningen maken gebruik van een cv-ketel op aardgas. De cv-ketel verbrandt aardgas en verwarmt daarmee het cv-water dat door de circulatiepomp naar de radiatoren en of vloerverwarming wordt gepompt. Met een thermostaat regelt u de temperatuur van de woning. Een cv-ketel op aardgas is aangesloten op een rookgasafvoerkanaal of schouw om de rookgassen af te voeren. Een elektrische cv-ketel werkt zoals de term al aangeeft volledig op elektriciteit en biedt daarmee de mogelijkheid om gasloos te wonen. Een elektrische cv-ketel is veiliger omdat deze geen koolmonoxide (CO) produceert en er geen rookgaskanaal nodig is.

De elektrische cv-ketel zou zo maar het mooiste apparaat voor het verwarmen van je huis kunnen zijn en haalt makkelijk een aanvoer temperatuur van 90ºC.  Echter in Nederland en direct omringende landen komt een elektrische ketel  bijna nog niet voor, hoewel dit een van de simpelste manieren is om een woning te verwarmen en tevens een van de stilste manier van verwarmen;

• Geen geluid van een ventilator (als in veel gasgestookte HR cv-ketels)
• Geen geluid van een compressor (als in een bodem warmtepomp)
• Geen geluid buiten (als bij lucht/water warmtepompen.

Werking elektrische ketel:

De werking van een elektrische ketel is vrij eenvoudig.
Denk bijvoorbeeld eens aan een dompelaar, je hebt een element (weerstand) waar je spanning op zet, het element wordt warm doordat er stroom doorheen gaat lopen. Hierdoor wordt ook het water, waar het element (weerstand) inzit, warm.

Elektrische elementen (weerstanden) zijn er in verschillende soorten en verschillende vermogens (sterkte van het element). Je kan met elementen dus vrij grote maar ook kleine cv-ketels bouwen.

Een Elektrisch element kom je overal tegen; in een koffiezetapparaat, strijkijzer, soldeerbout, wasmachine, waterkoker, friteuse, warmhoudplaatje, enz.

Elementen zijn er van een paar Watt tot meerdere KiloWatts.

Elektrische cv-ketels zijn er van 500 Watt tot zelfs duizenden kiloWatts (voorzien van meerdere elementen).

Het 'technisch / economisch' verhaal omtrent de elektrische cv-ketel.

Je woning verwarmen met een elektrische cv-ketel is mooi en vooral ook erg praktisch. Iedereen heeft het vandaag de dag over 'all electric' en toch komt de elektrische cv-ketel eigenlijk niet in aanmerking.  Dat is meer een economisch dan technisch verhaal.

Ook elektrische IR-panelen (Infra Rood), elektrische vloerverwarming of accumulatietechnieken zijn helaas niet vanzelfsprekend.

Hoewel het vaak eenvoudig te installeren is, schoon, klein en vaak ook onzichtbaar is. "Vreemd" zou je denken.  Temeer ook omdat leveranciers mooie folders maken en gouden bergen beloven, ze maken het mooier dan het is.  Want volgens de energieprestatie normering voor woningen zijn sommige oplossingen niet eens toegestaan.

Rendement (COP 1)

Elektrische verwarming in welke uitvoering dan ook, zet elektrische energie om in thermische energie. Soms komt er ook een distributiesysteem aan te pas, zoals bij een elektrische cv-ketel. Afgifte gebeurt via convectie en/of via straling. Soms wordt er gebruik gemaakt van tussentijdse warmteopslag (accumulatieverwarming). Maar in alle gevallen geeft 1 kWh elektriciteit maximaal 1 kWh warmte. Hoe innovatief de techniek ook is, één blijft één.  Anders gezegd het COP rendement is 1.

Wat je erin stopt komt er uit, niets meer dan dat. Sterker ...

Primaire energiefactor, maakt COP zelfs 0,69 !

De primaire energiefactor (PEF) voor elektriciteitslevering in Nederland is sinds 1 januari 2021 gesteld op 1,45. Dat betekent dat voor 1 kWh geleverde elektriciteit  in werkelijkheid 1,45 kWh primaire energie nodig was. De PEF is in wet- en regelgeving vastgesteld. Deze is gebaseerd op het fossiele aandeel in de elektriciteitsproductie. Het rendement van elektriciteitscentrales en het aandeel hernieuwbare energie (in de landelijke mix) zijn in deze factor verwerkt. Voor elektrische verwarming betekent het dus dat voor 1 kWh warmte minimaal 1,45 kWh primaire energie nodig is.  Deels van fossiele energie, deels van wind en/of zon.  Als je het op deze wijze bekijkt, is het rendement dus niet 100% maar 69%. (Tot 1 januari 2021 was dit zelfs Europees of 40% gesteld).

Energieprestatie

Een volledig (direct) elektrisch verwarmingssysteem is daarmee uitgesloten binnen de eisen voor woningbouw, zoals opgesteld in het Bouwbesluit. Volgens deze eisen is de waarde voor de energieprestatie voor verwarmen van een woning maximaal 1,31. Een elektrisch verwarmingssysteem (met COP1) zit daar dus altijd boven. Bij verwarming wordt daaronder het geheel verstaan van warmteopwekking, distributie en afgifte. Losse toestellen, die ook los van elkaar worden bediend, gelden in die zin niet als systeem. Een elektrische cv-ketel met een distributie- en afgiftesysteem is dus niet mogelijk. Bij een woning met vier of vijf elektrische IR-panelen die elk met een eigen thermostaat worden geschakeld en apart zijn aangesloten, is geen sprake van een bouwsysteem. Hier geldt de systeem eis dus niet. Tegenwoordig zien we soms ook wel dat op de beganegrond wordt gekozen voor een warmtepomp en op de slaapkamers voor IR-panelen of Elektrische radiatoren.

Saldering

In nieuwbouwsituatie is het een veel gehoord argument, dat de elektriciteit voor de verwarming kan worden opgewekt met eigen PV-panelen op dak. Op jaarbasis kan dat sommetje uitkomen, maar er ontstaat natuurlijk wel een onbalans: de meeste elektriciteit voor verwarming wordt gebruikt als de PV-panelen weinig of niets doen. Je krijgt vaak iets als je het niet nodig hebt. In de zomer is er veel zon waardoor de PV panelen een mooie opbrengst genereren, maar je hebt op dat moment die stroom niet echt nodig.  In de winter als het koud is en de dagen donker heb je meer stroom nodig maar de PV panelen doen dan weinig of niets.

In 2023 valt de salderingsregeling deels weg.  Je kunt dan de verbruikte energie uit het net, niet meer wegstrepen met de teruggeleverde energie van je PV-systeem naar het net. Je betaald dan voor één kWh uit het net 100% en je krijgt voor één kWh die je teruglevert naar het net bijvoorbeeld maar 25% van de kWh prijs.

BENG

Sinds 1 januari 2021 is de NTA 8800 van kracht, ook wel bekend als BENG (Bijna Energie Neutraal Gebouw).
Deze bestaat uit drie indicatoren: BENG 1, 2 en 3. In de bouwregelgeving zijn daar eisen aan gesteld en een woning moet tegelijk aan alle drie de eisen voldoen.

Elektrische verwarming, met een relatief hoog energiegebruik (BENG 2), is binnen de NTA 8800 alleen mogelijk als het energiegebruik voor andere functies beperkt is en/of als er veel hernieuwbare energie (BENG 3) wordt opgewekt. De moeilijkheid is, dat elektrische verwarming, anders dan een warmtepomp, geen gebruik maakt van gratis energie uit de omgeving. Die gratis energie uit de omgeving telt  namelijk mee als hernieuwbare energie. Daardoor is bij toepassing van een warmtepomp BENG 3 al snel binnen bereik. Bij elektrische verwarming vervalt dat voordeel. Om het sommetje dan toch rond te maken, zijn bij elektrisch verwarmen daardoor vrij veel PV-panelen nodig. En dat moet binnen het ontwerp van de woning maar net mogelijk zijn.  Met andere woorden: het dak zal al snel te klein zijn om voldoende PV-panelen te kunnen monteren om het energieverbruik van een elektrische-ketel te kunnen dekken.

Een klein vergelijk:  Een elektrische ketel  verbruikt 4 x zoveel energie dan een warmtepomp met een SCOP van 4. Je hebt dus, in vergelijk, ook 4 maal zoveel PV-panelen nodig.

Milieu Prestatie Gebouwen

Een volgende hindernis kan de regeling voor de Milieu Prestatie Gebouwen zijn. De MPG is sinds 2018 bij elke aanvraag voor een Omgevingsvergunning verplicht en is bedoeld om een impuls te geven aan circulair bouwen. De MPG geeft aan wat de milieubelasting is van de materialen die in een woning worden toegepast. Er geldt een maximum grenswaarde van 1,0. Op 1 juli 2021 wordt die grenswaarde aangescherpt naar 0,8. De MPG telt alle schaduwkosten (milieukosten die op de achtergrond spelen maar niet meteen zichtbaar zijn)  van toegepaste materialen bij elkaar op. Dit zijn dus de kosten die gemaakt moeten worden om de schade aan het milieu, door het materiaalgebruik, ongedaan te maken. Denk bijvoorbeeld aan de zogenaamde verwijderingsbijdrage.

Voor een gebouw worden al deze kosten over de gehele levensduur opgeteld en gedeeld door de levensduur en de oppervlakte van het gebouw. Deze zogenaamde schaduwkosten van duizenden bouwmaterialen en componenten staan in de Nationale Milieudatabase. In verband met elektrische verwarming is de MPG relevant, omdat de schaduwkosten van PV-panelen relatief hoog zijn. Op dit punt zijn de eisen voor circulair bouwen en de energieprestatie tegengesteld: PV-panelen wekken lokaal duurzame energie op en beperken daardoor (op jaarbasis) het energiegebruik, maar vergroten de milieu-impact. Een goed ontwerp is op beide eisen geoptimaliseerd. Een ontwerp gebaseerd op een combinatie van elektrische verwarming en PV-panelen is dat niet.

Betere technieken

Direct elektrisch verwarmen (Elektriciteit meteen omzetten naar warmte) heeft, welke techniek je ook toepast, een COP van maximaal 1,0 zoals eerder hierboven al vastgesteld. Er zijn in de praktijk aanzienlijk betere technieken. Zoals de toepassing van gratis omgevingswarmte met een warmtepomp. Het is dus niet gek dat die betere technieken het binnen de regelgeving voor de energieprestatie een stuk makkelijker hebben en een nieuwbouwvergunning (BENG) sneller haalbaar maken.

Elektrisch verwarmen blijft daarmee beperkt tot combinatietechnieken en bijzondere situaties. Een voorbeeld is gebruik van een warmtepomp met vloerverwarming op de begane grond en elektrische (bij)verwarming op de verdieping of in een studeerkamer. Of een hybride systeem waarbij een elektrische cv-ketel of elektrisch element dient als back-up van een warmtepomp. In tijdelijke woningen of tiny houses is verwarming met elektrische toestellen een optie. Direct elektrisch verwarmen komt al snel in je gedachten naar boven als je naar iets moois op zoek bent, maar in de één miljoen reguliere woningen die de komende jaren zullen worden gebouwd en in de grote stroom renovaties van bestaande woningen speelt dit hooguit een bijrol.  Ook gegeven het feit dat een warmtepomp 4 x minder stroom nodig heeft dan een elektrisch element om de woning te verwarmen. Het Nederlandse net is nu al te zwak voor als iedereen om zou willen gaan naar een warmtepomp, laat staan puur elektrisch. En dan hebben we nog niet eens stilgestaan bij laadpalen voor auto's.

Vergelijkingstabel Warmtepomp / gasketel / infrarood / elektrisch

Bovenstaande tabel (overzicht) wordt gebruikt bij voorlichtingsavonden door het regionaal energieloket (2022) en gaat uit van een redelijk goed geïsoleerde woning die per jaar 1200 m³ gas nodig heeft voor verwarming.  De totale kosten over 15 jaar gezien zijn € 76.000,- met een gasketel.  (uitgaande van de huidige hoge energie prijzen).  
Je ziet hierin meteen dat, als je deze 1200 m³ voor verwarmen wil vervangen door een Elektrische ketel of Infrarood panelen, de kosten over 15 jaar veel hoger uitpakken.  Uiteindelijk is, op lange termijn gezien, een All Electric Warmtepomp de beste (voordeligste) keuze.  Dat is dan ook de reden dat een elektrische ketel niet zo vaak wordt gekozen als vervanging voor de gasgestookte-ketel. 
 

Een elektrische cv-ketel,  eenvoudig ontwerp.

Bovenstaand afbeelding is een elektrisch element in een stalenbehuizing. In de praktijk wordt dit niet vaak aangeduid als  'Elektrische cv-ketel',  eerder als Elektrisch element, elektrische weerstand of  Electric-heater.

Dit type is er van een circa honderd Watt tot een paar duizend Watt.  Ze zijn verkrijgbaar in 230 Volt en 400 Volt (2 of 3 fase) uitvoering.  Naast het element zit een dompelhuls gemonteerd met daarin een regel en maximaalthermostaat. U stelt op de regelthermostaat de gewenste watertemperatuur in en de maximaalthermostaat grijpt in als de temperatuur te ver doorloopt.  Uiteraard is het belangrijk dat in de installatie een circulatiepomp is opgenomen die het water rond pompt door het afgiftesysteem. Anders is het binnen de kortste tijd te warm in dit 'potje'. Onderstaand een eenvoudig voorbeeld schema van een 400 Volt en een 230 Volt element.  1. Aansluiting, 2 Aan lampje, 3 schakelaar, 4 regel en maximaal thermostaat, 5 het element. Dit type element wordt ook regelmatig ingezet als bijverwarming voor warmtepompen.

Bovenstaand type kom je ook tegen met een ingebouwde- of bijgeleverde elektronica regelprint. Op die print kun je dan bijvoorbeeld de kamerthermostaat en de circulatiepomp aansluiten.  Bij punt 5 en 6 hierboven zie je de elementen in een typische Ster (5) of Driehoekschakeling (6).  Het schema hieronder laat een type met een bijbehorende regeling (print) zien.

9 = voeding, 11 = pomp, 12 is kamerthermostaat aansluiting.

foto:  Je komt ze ook tegen in een RVS uitvoering.

Elektrische CV ketel voor in een woning.

Plaatje Links boven: In een geïsoleerde container zit het element. In het midden onder een 'overstort beveiliging' en een manometer. Daarboven zit de circulatiepomp (Wilo in dit plaatje) en bovenin ook meteen een expansievat. Aan de rechterzijde zit de elektronica bestaande uit een 'regelprint' en magneetschakelaars.  Op deze ketel kan meteen een normale kamerthermostaat (aan/uit) worden aangesloten. Deze elektrische-ketel is eenvoudig in een woning toepasbaar.

Op het plaatje rechtsboven, een ander merk elektrische ketel,  staan de onderdelen ernaast benoemd. 
(Links Varmebaronen, rechts Nefit/Bosch)

Hieronder treft u nog een voorbeeld van een elektrische-ketel.  Er is, met even zoeken, aanbod genoeg.

Eenvoudig hydraulische weergave principe schema van een Elektrische ketel.
 

Er is een gesloten 'bak' met cv-water waarin een of meerdere elektrische elementen zitten.
Als de kamerthermostaat vragend is start de ketel de circulatiepomp, waardoor het water van de ketel door de radiatoren gaat stromen. Iets later wordt het element vrijgegeven, het element verwarmt het water. In de bak zit een regel en maximaal thermostaat. De regelthermostaat staat op 70 ºC en de maximaal, deze laatste is voor de veiligheid, staat op 95 ºC.

Zodra het water 70 ºC is schakelt de regelthermostaat het element uit. Natuurlijk is er ook een expansievat nodig, zodat het water kan uitzetten als het warm wordt.  De manometer geeft de waterdruk weer zodat we kunnen zien wanneer we de installatie eventueel moeten bijvullen. De overstort is voor de veiligheid, deze gaat alleen maar open als de druk boven de 3,5 bar komt, wat normaal niet gebeurt.  De ontluchter zorgt dat er geen lucht in het vat blijft zitten. Eigenlijk is alles bijna hetzelfde als bij de gasgestookte ketel, maar dan zonder 'gasbrander'.

Een typisch bedradingsschema van een elektrische ketel:

1= aansluiting 230 Volt (kamer) thermostaat
2= keuze tussen 1,5 (2 fase)  of 3 kW (3 fase) (in dit voorbeeld)  (aansluiten met 2 of met 3 fase / met 2 fase doorverbinding wegnemen)
3= aansluitblok met op N L3 L2 L1 de voeding aansluiting
4= bescherming condensator
5= circulatiepomp
6= maximaal thermostaat
7= regelthermostaat
8= elektrische elementen
9= aan/uit schakelaar op ketel
10= alarm maximaal thermostaat
11= aan signalering
12= magneetschakelaar

De elektrische ketel is vaak gebouwd als ‘solo’ toestel en maakt alleen cv-water warm.

U kunt de installatie uitbreiden met een boilerregeling, driewegklep en indirect gestookte boiler om de ketel ook tapwater te laten verwarmen. Of u kiest naast de elektrische ketel ook voor een elektrische boiler.

Elektrische boiler:

Voordeel: Ze werken onafhankelijk van elkaar en een elektrische boiler is vaak nog goedkoper dan een indirect gestookte boiler.
Nadeel: Ze kunnen gelijk aan zijn; dit kan nadelig zijn voor het gelijktijdig totaal afgenomen ampères (stroom) in uw woning. Bij een indirect gestookte zal de verwarming nooit gelijk met de boiler worden verwarmd.

Een indirect gestookte boiler:

Een veel toegepaste boilerregeling is de cenvax (BC130) daar sluit u de kamerthermostaat op aan, de driewegklep, ketelthermostaat en ketelpomp. En de regelaar zorgt dat de ketel uw woning en tapwater kan verwarmen.  Bij boilervraag loopt  de driewegklep om richting de tapwaterboiler. Het warme cv-water verwarmt, middels de spiraal in de tapwaterboiler, het sanitairwater voor douche en wastafels.
Zodra de boiler op temperatuur is loopt de driewegklep weer terug naar de verwarmingsstand , als er warmtevraag is wordt dit door de kamerthermostaat doorgegeven en de regeling start dan de ketel voor woningverwarming.   Het elektrisch schema hiervan:

Elektrische Boiler voor warmtapwater

Elektrische boiler: een vat met tapwater waarin een of meerdere elektrische elementen (weerstanden) het water kunnen verwarmen. Middels een regelthermostaat is de temperatuur van het water in te stellen. Een maximaalthermostaat (vaak een thermostaat die dubbel is uitgevoerd) bewaakt tegen te hoge temperaturen.

Er is een tijd geweest dat veel woningen een 'huur boiler' hadden. Toen aardgas mode werd zijn veel van deze boilers vervangen voor een model dat op aardgas werkt, of tapwater dat voortaan via een combiketel werd verwarmd.  Nu zien we langzaam weer wat elektrische boilers terugkomen.  We moeten immers (langzaam) van het gas af. En/of we willen de stroom van onze PV-panelen goed gebruiken.  Een hangende elektrische boiler zoals vele hem wel zullen herkennen, met onderop de thermostaat.