Systeem-waterkwaliteit warmtepompinstallatie

Een goede ontluchter en vuilfilter voorkomen narigheid in uw installatie, daarnaast moet het systeemwater ook nog aan bepaalde eigenschappen voldoen.

Inleiding:

Warmtepompen gaan de komende decennia een sleutelrol spelen in de duurzaamheidsplannen van Nederland, vanwege de bewezen technologie en het mogelijk aantrekkelijke rendement. Mogelijk, omdat een verkeerd advies, slechte installatie en lucht en vuil net als bij CV- en koelinstallaties aanzienlijke rendementsverliezen kunnen veroorzaken.

Bijna de helft (44%) van het Nederlands energiegebruik is nodig voor het genereren van warmte. Daarom is het belangrijk kritisch te kijken naar de rendementsverschillen van verwarmingsoplossingen, zowel bij de aanschaf als tijdens het gebruik. Systemen die rechtstreeks door gas of elektriciteit worden verwarmd, zoals een kachel en de meeste cv-installaties, geven in een ideale situatie dezelfde warmte weer af. Hun rendement is daardoor maximaal 100%.

Bij warmtepompen zijn rendementen van 400 tot zelfs 500% haalbaar. Dit hoge rendement is mogelijk doordat heel veel warmte ‘gratis’ uit de omgeving wordt gehaald en je dus 4 tot 5 keer zoveel warmte in je woning krijgt als de elektrische energie die de compressor van de warmtepomp gebruikt.

Duitse richtlijnen, VDI-norm 2035

Door steeds modernere ontwerpen en constructies van verwarmingsinstallaties worden de warmtegeneratoren steeds gevoeliger voor hard en corrosief vulwater. Hogere vermogens en compactere warmtewisselaars leiden tot hogere oppervlaktetemperaturen en bouwen zo kalkafzetting op, die een goede warmteoverdracht reduceert en het goed functioneren kan belemmeren. Daarnaast zijn de materialen die bij deze constructies gebruikt worden, zoals aluminium of roestvrij staal, uiterst gevoelig voor sulfaten en chloriden wat corrosie teweeg brengt.   Om deze reden geldt in Duitsland de VDI-norm 2035 voor de waterkwaliteit van cv-installaties. Doel hiervan is het voorkomen van kalkaanslag en schade door corrosie. Fabrikanten van verwarmingsinstallaties wijzen er op dat verwarmingswater aan de specificaties van de VDI-norm 2035 voldoet. Zo niet, dan vervalt in veel gevallen de garantie. De VDI-norm 2035 is een Duitse richtlijn betreffende het voorkomen van schade aan verwarmingssystemen waarbij de temperatuur van het medium niet boven de 100°C gaat. Fabrikanten van verwarmingsinstallaties eisen zoutarm en onthard verwarmingswater dat aan de specificaties van de VDI-norm 2035 voldoet. Voldoet het water niet aan de VDI-norm 2035, dan vervalt in veel gevallen de garantie.

Duitse hardheid

Grenswaarden worden belangrijker naarmate men zich ervan bewust is dat de meeste gebouwen in Nederland van „hard“ drinkwater (> 10 °dH) voorzien worden en dat eveneens, door de toepassing van vloer/wandverwarming of buffervoorraden in kleinere objecten, de inhoud van de betreffende installatie vergroot wordt.

Aanbevolen voor een huisinstallatie (systeemwater in de verwarming).
Hardheid in º dH (Duitse Hardheid) tussen de 4 en 8,4.
Zuurtegraad pH tussen de 6,5 en 10.

Effectieve oplossingen

Omdat warmtepompen met kleinere temperatuurverschillen werken dan gasgestookte cv-ketels, is er zowel een groter afgifteoppervlak als waterdebiet nodig. Bijvoorbeeld via vloerverwarming, in plaats van via gewone radiatoren. Tegenvallende rendementen van warmtepompen zijn meestal het resultaat van een verkeerd advies, of ontbrekende kennis en ervaring met de toepassing ervan. Zoals bij de traditionele cv- en koelinstallaties kunnen echter ook bij warmtepompen lucht en vuil in het systeem na verloop van tijd het rendement flink verlagen. Gelukkig zijn er bewezen effectieve oplossingen om dat soort verliezen te voorkomen.

Rendementsverliezen door lucht en vuil voorkomen

Lucht en vuil zijn altijd al onopvallende, maar in de praktijk vaak voorkomende veroorzakers van rendementsverliezen in verwarming- en koelinstallaties. Hun invloed is groter bij installaties die op basis van een lagere temperatuur werken om energie te besparen, zoals warmtepompen. Verder zijn vloerverwarmingssystemen gevoeliger voor lucht- en vuilophoping dan radiatoren. Zonder zich daarvan bewust te zijn, compenseren mensen en bedrijven die rendementsverliezen met een hogere energierekening.

De negatieve invloed van lucht en vuilophoping op het rendement van installaties is uitvoerig getest en visueel vastgelegd met infraroodcamera’s, door onder andere Kiwa Gastec. Vervolgens is ook de invloed getest van mogelijke oplossingen voor het voorkomen van rendementsverliezen door lucht en water.

Microbellen

Lucht kan in de vorm van microbellen, opgelost in het water en in een vrije vorm aanwezig zijn in installaties. Dit vermindert zowel de doorstroming als de warmte-afgifte. Uit onderzoek aan de Brunel Universiteit in Londen blijkt dat luchtbellen bij de uitgang van warmtepompen zeer klein zijn (circa 0.1 mm) en alleen met een goede microbellenafscheider af te vangen. Ophoping van vuil wordt veroorzaakt door corrosie van leidingen en installatiecomponenten, bacteriegroei of kalkaanslag.

Lucht en vuil hebben beide een reducerende invloed op zowel de efficiency als de levensduur van warmtepompen en -wisselaars, waardoor ze de ‘Total Cost of Owner-ship’ verhogen.

Een voorbeeld fabrikant welke hier op in springt met slimme installatie componenten (Spirotech).

Rendementsverliezen in warmtepompen zijn eenvoudig te voorkomen door lucht en vuil uit de installatie te verwijderen met een automatische ontluchter en vuilafscheider, of een combinatie van beide. De SpiroVent RV2 en SpiroTrap MB3 bewijzen dat in een groot aantal projecten.

Sommige vormen van vervuiling zijn tegen te gaan met additieven. Dit zijn toevoegingen die de systeemwaterkwaliteit en daarmee het installatierendement op peil houden, waarover wij u graag vrijblijvend adviseren. Behalve het voorkomen van rendementsverliezen, verlagen genoemde oplossingen tevens het risico op installatiestoringen.

Automatische ontluchters en handontluchters kunnen geen microbellen of circulerende lucht verwijderen. Ontluchters op cv-ketels en andere apparaten kunnen geen lucht verwijderen die elders in de installatie zit opgesloten. Daarnaast is de aanwezigheid van lucht een van de belangrijkste oorzaken voor de vorming van vuil en de daaruit voortvloeiende negatieve gevolgen, zoals verminderde efficiency, storingsgevoeligheid en slijtage.

De voordelen van een SpiroVent luchtafscheider

• Verwijdert effectief alle circulerende lucht en microbellen
• Verwijdert de ingesloten lucht wanneer hij op de juiste plek wordt geïnstalleerd
• Handmatig ontluchten is niet langer nodig
• Constante, lage drukval
• Minder storingen en uitval van installatie

Voorbeeld van een goede automatische ontluchter en een vuilafscheider / vuilfilter.

Voorkom corrosie, kalkafzettingen en Microbiologische vervuiling

In grote complexe installaties worden vaak door fabrikanten al eisen gesteld aan de waterkwaliteit van het systeemwater, het water in de verwarmingsinstallatie.  Naar alle waarschijnlijkheid zal zich dit in de nabije toekomst ook uitbreiden naar kleinere installaties.  Een groep fabrikanten waaronder Viessman, Buderus, Bosch, Vaillant en Remeha hebben deze normen:

Tabel Duitse hardheid in installatie water.

Tabel geleidbaarheid, zuurstof en zuurtegraad systeemwater.

Vloeistofconditionering: de druk op ontwerpers en installateurs neemt toe.

• Techniek verandert.
• Keuze van componenten verandert.
• Materiaalkeuze verandert,  steeds meer kunststof in de installatie maakt dat op het gedeelte waar geen kunststof is meer agressie komt.
• Installaties worden steeds complexer.

Elk systeem is slechts zo goed als zijn zwakste component (de zwakste schakel ..)

Gek gesteld:

Het leidingnetwerk is als onze aders in ons lichaam: De componenten zijn onze organen.
Alleen wanneer het bloed goed is en de organen werken kan het hele organisme overleven.
Dit geldt ook voor het systeemwater van een CV en GKW systeem

Uitval van de installatie bij een infarct:

Problemen die in relatief jonge systemen frequent worden aangetroffen zijn onder andere:

• Vastzitten en defect raken van componenten zoals pompen, regelelementen en –ventielen;
• Slecht functionerende temperatuurregelingen;
• Lekkage in leidingen en apparatuur;
• Verstopping, vervuiling en slib-ophoping in warmte- (of koude-)generatoren, platenwisselaars, verdelers, kraanwerk etc.

Onderstaand een plaatje met oplossingen van Spirotech (maar er zijn natuurlijk meerdere merken op de markt).

Warmtepomp-tips.nl adviseert om in een warmtepomp installatie minimaal een microbellen/lucht afscheider en vuilafscheider te plaatsen. Natuurlijk heeft u in de installatie ook de juiste expansievaten en overstortbeveiligingen.

• Bescherming tegen over-en onderdruk
• Voorkomen van onnodig suplleren
• Zuurstofinbreng verminderen
• Cavitatie aan appendages en pompen voorkomen

Foto: In grote installaties zitten grote componenten om de installatie op constante druk te houden zonder al te veel schommelingen. Denk aan automatische expansievaten en vulinstallaties.  Grote installaties worden stees vaker gevuld met water dat eerst een voorbehandeling heeft ondergaan, zoals ontharding.

Lucht in water:

Lucht in water is een van de eerste problemen die je tegenkomt, vooral net na de eerste vulling van een installatie. Een goede luchtafscheider, bij voorkeur in de retour van de installatie, voorkomt een boel narigheid. Daar waar lucht zit in plaats van water kan in een warmtepomp namelijk slecht energie worden ontrokken of afgegeven. Lucht is vaak ook de oorzaak van verstoringen in het benodigde debiet van waterverplaatsing dat moet worden gehaald om de juiste hoeveelheid energie over te kunnen dragen in een wisselaar.  Lucht (zuurstof) is ook de veroorzaker van corrosie in de installatie.

Zuurstof toetreding via kunststof leidingen

Het water uit de kraan, waarmee een  centrale verwarmingsinstallatie wordt gevuld, bevat een relatief  grote hoeveelheid zuurstofmoleculen. Net na het vullen van de installatie, zullen deze een reactie aangaan met corrosiegevoelige materialen in het cv-systeem, zoals leidingen en radiatoren. Na enige tijd, afhankelijk van de kwaliteit van de installatie, zal het water in de installatie zuurstof arm worden (dood water).   Zuurstof arm water wil erg graag zuurstofmoleculen opnemen en trekt deze zuurstofmoleculen bij wijze van spreken ‘als een magneet aan’. Het opnemen van zuurstof door het water in de installatie geschiedt via allerlei wegen, praktisch elke verbinding in het systeem laat in enige mate een beetje zuurstof door, met name verbindingen welke zijn uitgevoerd met pakkingmateriaal en kunststof.  

Bovenstaande zuurstofuitwisseling wordt zuurstofdiffusie genoemd. De zuurstofdiffusie via verbindingen is t.o.v. de hoeveelheid  water in het cv-systeem echter dusdanig weinig, dat het corrosieproces een relatief zeer lange tijd in beslag neemt en zelden tot ernstige lekkages leidt.

Diffusie dichte slangen

Anders is het als er in het cv-systeem gebruik  wordt gemaakt van kunststof leidingen (slangen) voor het transport van cv-water naar radiatoren of  de slangen in vloerverwarmingsinstallaties. Afhankelijk van het soort gebruikte slang kan door zuurstofdiffusie een dermate hoeveelheid zuurstof in het systeem komen, dat er al na enige jaren lekkages of verstoppingen kunnen optreden door corrosie en vrijkomen van restproducten. Meestal zullen deze lekkages optreden nabij de bron van de diffusie en in de buurt van de circulatiepomp. Daarnaast loopt als gevolg van vervuiling de afgifte en derhalve het rendement van de vloerverwarming fors terug. De hoeveelheid zuurstof  welke door diffusie wordt doorgelaten is sterk afhankelijk van de  temperatuur van de kunststof, bij een twee keer zo hoge temperatuur laat kunststof  vier keer zoveel zuurstof door. Jaren geleden waren de slangen meestal niet diffusiedicht. Een ander  veel voorkomend probleem was toen het dichtslibben van kranen of de slangen zelf met de restproducten van corrosie. (Magentiet = onoplosbaar residu als gevolg van)
De huidige generatie slangen, VPE-OC en PEOC bijvoorbeeld, met een zuurstofremmende film  geven een aanzienlijk beter beeld  waardoor de corrosieverschijnselen dusdanig veel langer op zich laten wachten.

Alle fabrikanten van de in een centrale verwarmingsinstallatie voorkomende producten sluiten alle wettelijk geregelde productaansprakelijkheid uit o.a. bij gebruik van zuurstofdoorlatende materialen (slangen), toevoegingen aan het cv-water en het toepassen van vloerverwarming-units welke hydraulisch invloed op de ketel uitoefenen. Een mogelijke oplossing  bij corrosieproblemen in bestaande installaties met zuurstofdoorlatende slangen kan het vervangen van de slangen zijn, echter brengt dit relatief zeer hoge indirecte kosten met zich mee. Een alternatief  bestaat uit het toepassen van een hydraulische scheiding (warmtewisselaar) tussen de cv-installatie en de vloerverwarming. Hierbij wordt uitgegaan van het gegeven dat de slangen lang mee kunnen en deze zelf geen last hebben van zuurstofrijk water. De enige mogelijke corrosieschade blijft dan beperkt tot de vloerverwarmingsunit. Deze oplossing resulteert in een volkomen scheiding van de media, duszuurstofuitwisseling vind niet meer plaats tevens is na installatie van een dergelijke scheiding de vloerverwarming altijd hydraulisch neutraal.

Vuil in water:

Op deze afbeeldingen ziet u voorbeelden van 'vuil' in water, alsmede de grote van deze vuildeeltjes.

Vuil in de installatie kan leiden tot verstoppingen, verstoppingen worden dan de oorzaak van een slechte waterdoorstroming , minder water doorstroming betekend een grotere delta T (verschil tussen aanvoer en retour temperatuur) waardoor het comfort in uw installatie achteruit gaat. Uw installatie kan dan niet genoeg warmte meer afgeven en uiteindelijk zal ook de warmtepomp in storing gaat.

Plaats dus altijd een vuilfilter in de installatie. Dit filter is vaak makkelijk te ontdoen van het opgevangen vuil.  Het vuil kan zich beter ophopen in een filter (dat kunt u tenminste reinigen) dan in de condensor of verdamper van de warmtepomp.  Dit laatste laat zich zeer slecht, tot zelfs niet, reinigen en kan tot flinke kosten leiden.  Investeer dus in een goed vuilfilter.

U kunt het ook in een keer combineren, een lucht- en vuil afscheider:

Deze heeft ook nog een magneet, om metaaldeeltjes te verzamelen.

Als u een installatie heeft met meerdere circulatiepompen, dan kan een openverdeler de uitkomst zijn.

Op deze manier komt er een balans / hydraulisch nulpunt / tussen de verschillende flows / debieten in het systeem. Op deze afbeelding ziet u een openverdeler met bovenop een ontluchter en onderaan een vuilopvang/aftap.