Wat is een warmtepomp?

Een warmtepomp is een toestel waarmee je gratis warmte uit de omgeving (bijvoorbeeld uit de bodem of buitenlucht) kunt halen.

De warmtepomp zet deze 'gratis verkregen' energie om in bruikbare warmte van een hogere temperatuur voor verwarming van uw woning of tapwater. Het toestel doet dit zeer efficiënt.  De energiekosten zijn met een warmtepomp al snel veel lager dan bij een gas gestookte cv-ketel.  De aanschafkosten zijn helaas nog aan de hoge kant. Naar verwachting zal de prijs in de toekomst wat dalen. Als de productie omhoog kan, wordt de prijs meestal gunstiger.  Op dit moment staat de ontwikkeling niet stil, en die ontwikkelkosten betaald de klant uiteindelijk mee.

 

warmtepomp wat is het Een warmtepomp is dus een milieuvriendelijke manier om je huis te verwarmen en van warm tapwater te voorzien. De warmtepomp is een duurzaam alternatief voor de cv-ketel op gas. Omdat er minder gas of zelfs geen gas verbruikt wordt, daalt de CO₂-uitstoot met wel 50 procent wat dus goed is voor de natuur t.o.v. de cv-ketel.

Een warmtepomp wint warmte uit de lucht, de bodem of het grondwater en zet dit om in bruikbare energie om het huis te verwarmen en wordt meestal direct aangesloten op het cv-systeem. Een warmtepomp draait op stroom: het stroomverbruik in huis neemt toe, het gasverbruik neemt af en de maandelijkse energierekening is lager. Wanneer je de benodigde stroom zelf opwekt, bijvoorbeeld met zonnepanelen, wordt de CO₂-uitstoot natuurlijk nog lager. Alsmede de energierekening.

 

We kunnen het woord 'warmtepomp' beredeneren;  Warmte en Pomp.  Een pomp verplaats, meestal water maar dit kan ook lucht zijn of een andere stof, iets van de een naar de andere plaatst.  Denk aan verpompen.  Warmte spreekt voor zich. We verpompen dus warmte met de warmtepomp. En ja eigenlijk is dat ook zo, alleen klinkt dat weer simpeler dan het is. Maar we verpompen de energie van de bron, naar het afgifte systeem. 

 

Hoe werkt een warmtepomp?

Warmtepompen nemen bij lage temperatuur warmte op aan de bronzijde en geven die met een verhoogde temperatuur weer af aan de afgiftezijde.  Dat gaat natuurlijk niet vanzelf,  er moet een  vorm van arbeid aan te pas komen. In het geval van de warmtepomp wordt de arbeid geleverd door de compressor, welke stroom uit het net gebruikt om dit te doen.

Om de warmte te kunnen verpompen is een 'transportmiddel nodig':  het koudemiddel.

 

De meest voorkomende soorten warmtepompen werken door een vloeistof (koudemiddel) bij lage druk en lage temperatuur te laten koken (verdampen) en deze damp bij hoge druk en hoge temperatuur te laten condenseren. Juist de overgang van vorm is zeer interessant. Tijdens het verdampen kun je veel energie opnemen, en tijdens het condenseren juist afgeven. De compressor brengt druk (en daarmee temperatuur) omhoog en het expansieventiel brengt de druk (en daarmee de temperatuur) omlaag.   

Het geheel van verdampen, comprimeren, condenseren en expanderen vormt een gesloten kringloop die zich blijft herhalen.

 

warmtepompprincipeWarmtepompen kunnen werken volgens verschillende principes. De aandrijfenergie kan bestaan uit mechanische energie (compressiewarmtepomp) of warmte (absorptiewarmtepomp). In woningbouw wordt meestal de elektrisch aangedreven compressiewarmtepomp toegepast. Daar gaat 'warmtepomp-tips' over. Om een warmtepompcyclus te doorlopen, heeft men een compressor, een condensor, een verdamper en een ontspanner (expansieventiel) nodig. Aan de warmtebron wordt warmte onttrokken, aan het warmteafgiftesysteem wordt warmte afgegeven. Een warmtedragend medium stroomt tussen de warmtebron en het warmteafgiftesysteem. Het warmtedragend medium verdampt op lage druk in de verdamper en neemt hierbij warmte (Q1) op vanuit de warmtebron. De compressor zuigt de gassen uit de verdamper en drukt deze samen waardoor de temperatuur en het kookpunt verhogen. De compressor levert hierbij arbeid (W). Deze gassen onder hoge druk en op hogere temperatuur stromen door de condensor waardoor ze afkoelen en van gasvormige toestand terug vloeibaar worden. Hierbij staan ze warmte (Q2) af aan het warmteafgiftesysteem. In de ontspanner (expansieventiel) keren ze terug naar hun oorspronkelijke druk. De afgegeven warmte is de opgenomen warmte + de arbeid die door de compressor geleverd wordt. Q2=Q1+W.

 

Koelkast verhaal

Heel vaak wordt de koelkast gebruikt om simpel te vertellen wat een warmtepomp doet; Om het in de koelkast koel te houden wordt door een 'warmtepomp' de warmte die in de koelkast zit verplaatst naar buiten de koelkast. In de koelkast zit 'een verdamper' die warmte opneemt (buizen stelsel met koudemiddel) en de warmte wordt achter op de koelkast, dat 'zwarte rek' afgegeven we noemen dat zwarte rek ook wel de condensor.  De compressor en het koudemiddel zorgen voor het transport van de warmte van binnen naar buiten de koelkast. 

 

Een warmtepomp, voor verwarming van de woning, verplaatst de warmte die in een bron zit, middels de compressor en het koudemiddel, naar het afgifte systeem in de woning.  Je zou ook kunnen zeggen we koelen de bron en brengen die warmte naar de vloerverwarming. Om de vergelijking met de koelkast iets duidelijker te maken.

 

Terug naar de warmtepomp:

Maar er is dus ook energie nodig (de compressor)  om de lage temperatuur uit bodem, water of omgevingslucht naar een hoger niveau te brengen. Omdat de benodigde toegevoegde energie uit het net lager is dan de geleverde energie die uit het toestel komt dragen warmtepompen bij aan een grote vermindering van de CO2-uitstoot.

 

vier plus een is vijf warmtepomp

 

'Gratis' gewonnen energie uit de bron + toegevoerde energie uit het net = Afgegeven energie.

In bovenstaande afbeelding zien we bijvoorbeeld staan 4 + 1 = 5
Uit de bron komt, in dit voorbeeld, 4 kW (gratis) de compressor verbruikt 1 kW uit het net om dit de doen, de warmte die daarbij vrijkomt wordt ook afgegeven aan de woning of tapwater. Uit het toestel komt dan 5 kW. 

Het rendement, wat we bij een warmtepomp COP noemen, is dan 5. 

 

Coefficient of Performance / COP warmtepomp

COP is het rendement van een warmtepomp, dit wordt soms ook wel winstfactor genoemd. 

 

Afgegeven energie : toegevoegde energie = rendement.  
In bovenstaand plaatje dus 5 : 1 = 5.  Je zou ook kunnen stellen dat het rendement dan 500% is. 
Immers voor elke kW die je er in stopt uit het net, komt er 5 uit.  

 

Hoe groter de drukverhoging die de compressor moet realiseren, hoe hoger het energieverbruik en hoe lager de winstfactor. De drukverhoging hangt rechtstreeks samen met de gerealiseerde temperatuurverhoging in het warmtedragend medium. Deze temperatuursverhoging is afhankelijk van het temperatuurverschil tussen de warmtebron en het warmteafgiftesysteem. Bijgevolg hangt de winstfactor af van het temperatuurverschil tussen de warmtebron en het warmteafgiftesysteem. Hoe hoger de temperatuur van de warmtebron en hoe lager de temperatuur van het warmteafgiftesysteem, hoe hoger de winstfactor.

 

Simpeler gezegd: hoe dichter de bron temperatuur bij de doel (afgifte) temperatuur zit, hoe beter het rendement. 
Als we met buitenlucht van 10º C een CV-aanvoer moeten maken van 35º C heeft dat een hoger rendement dan dat we met diezelfde 10º C tapwater van 58 º C moeten maken.  

 

De goede werking van het volledige systeem staat of valt met de werking van elk onderdeel:  bron / warmtepomp / afgifte.

Omdat  de winstfactor van een warmtepomp veruit het gunstigste is bij een lage temperatuur van het warmteafgiftesysteem, geniet toepassing van lage temperatuur verwarming (LTV) zoals vloer- en/of wandverwarming de voorkeur.

 

SCOP,  SPF van de warmtepomp / jaar winstfactor

Als je gedurende een jaar de COP meet en deze omzet naar het gemiddelde krijg je het jaar rendement. 

Of wel het   Seasonal Coefficient of Performance.  COP is een moment opname, SCOP is het rendement over een jaar. 

 

Dit wordt ook wel uitgedrukt als SPF = Seasonal Performance Factor.  Je kunt dit eventueel, na meting en monitoring, apart uitrekenen voor tapwater en voor verwarming. 

 

Een voorbeeld van de SCOP:
Stel je meet de afgegeven energie (debiet en temperaturen)  en daarnaast met een kWh meter de opgenomen energie, dan zou je na een jaar dit kunnen noteren.  

Stel dat de warmtepomp gedurende het jaar 1500 kWh heeft verbruikt uit het net, en 6300 kWh heeft afgegeven aan de installatie.  Dan is het SPF/SCOP  6300 kWh : 1500 kWh = 4,2 !   (Ook hier weer afgegeven delen door toegevoegd). 

 

Als je op het punt staat een warmtepomp te kopen, kun je de keuze maken door bijvoorbeeld de SPF waarde van toestellen te vergelijken. Niet dat dit het belangrijkst is, want bijvoorbeeld geluid en bedieningsgemak kunnen ook een rol spelen. 

 

Keuringsinstanties, zoals in Nederland bijvoorbeeld KIWA en TNO, keuren op verzoek van een fabrikant de warmtepomp. 

De keuring geschiedt volgens een daarvoor nationaal of internationaal gemaakt protocol. De warmtepomp draait daarbij onder verschillende omstandigheden zowel voor verwarming als tapwater, met verschillende afgifte en bron-temperaturen. 

Uiteindelijk rollen daar cijfertjes uit, welke de fabrikant dan mag publiceren en gebruiken voor het energielabel en bijvoorbeeld een gelijkwaardigheidsverklaring. De gelijkwaardigheids verklaring dient om aan te kunnen tonen dat een toestel voldoet, of soms zelfs beter is dan wat de overheid eist. Daarnaast, hoe hoger de score, hoe beter de warmtepomp uitkomt in een BENG berekening die weer nodig is voor een bouwverguning (Energie Prestatie). 

 

De SPF wordt voor verschillende situaties weergegeven;

Bijvoorbeeld bij 0/35, 10/35, 0/55, 10/55 , 7/35 en 7/55
Het eerste cijfer is steeds de temperatuur van de bron, het tweede de doel temperatuur.

De bijbehorende rendementen (SCOP / SPF) kunnen worden gepubliceerd in een rapport (fiche) . De rapporten (technische gegevens) van de diverse warmtepompen kunt u vervolgens naast elkaar leggen voor een vergelijk om zodoende de keuze voor u helderder te maken. 

 

PER FACTOR, primary energy ratio

Als we een warmtepompsysteem qua energie-efficiëntie willen vergelijken met een gas- of oliegestookte verwarmingsketel, moeten we nog een stapje verder gaan en kijken we naar het totale primaire energieverbruik. Daarbij wordt ook rekening gehouden met het rendement van de elektriciteitscentrale. Het is een vergelijking op basis van het totale energiegebruik ‘primary energy ratio factor'  ook wel PER genoemd.
In feite, om het makkelijk te verwoorden; De elektriciteit die in onze woning binnenkomt is eerst gemaakt. Dat kan met windmolens of zon zijn, maar dat kan ook met ' kolen'  of ' gas'  zijn in een centrale.  Die energie wordt ook meegeteld in het totaal plaatje.  Vanaf 1 januari 2021 is Europees het rendement van de elektriciteitscentrale vastgesteld op 69 %.  Eigenlijk is er gekeken hoeveel van de totale energie groen (wind/zon)  wordt geproduceerd en hoeveel grijs (fosiele brandstoffen).  

Dit wordt in een SPF cijfer meegewogen. 

Stel dat de warmtepomp een SCOP heeft behaald van 4,5 dan zou je kunnen stellen dat het rendement 450% is. 
Voor elke kW die er in is gestopt uit het net, komt er 4,5 kW uit.   Alleen door het rendement van de energiecentrale mee te wegen wordt het rendement in het SPF rapport lager.  450 x 69% = 310 %.  

Noot: Tot 2021 was het vastgestelde rendement van de elektriciteitscentrale 40%

 

De warmtepomp componenten (water/water) en werking:

 

werking warmtepomp principe

 

Compressor, condensor, filterdroger, expansieventiel, verdamper, oververhitter

  1. De compressor gaat draaien
  2. En perst het koudemiddel gas samen tot bijvoorbeeld 27 bar (407C), omdat temperatuur en druk natuurkundig met elkaar verbonden zijn loopt de temperatuur op tot bijvoorbeeld 65 °C heet gas. Hoe hoger de gewenste temperatuur is, hoe meer je de druk op moet voeren.
  3. In de condensor (platenwisselaar) komt aan de onderkant de retour van de vloerverwarming binnen,deze is bijvoorbeeld 28 °C. Doordat aan de andere kant van de platen het heet gas stroomt wat warmer is, geeft dit gas warmte af aan het afgifte-systeem. De aanvoer gaat bijvoorbeeld met 35 °C uit naar de vloerverwarming toe, deze is dan 7 graden verhoogt in de condensor. Omdat het heet gas warmte afgeeft in de condensor koelt het zelf af en condenseert het naar vloeistof. Dat proces zorgt voor extra afgifte van energie. 
  4. In het expansieventiel krijgt het koudemiddel weer ruimte en verliest haar druk, (expanderen) hierdoor koelt het verder af en wordt het een mengsel tussen gasvormig  en vloeistof, met een temperatuur van bijvoorbeeld -4°C (bij 3 bar R407C).
  5. In de verdamper circuleert aan de ene kant de bron en aan de andere kant het koudemiddel, omdat het koudemiddel kouder is dan de bron neemt het warmte (energie) op uit de bron.  De binnenkomende brontemperatuur is bijvoorbeeld 9°C en de uitgaande bijvoorbeeld 5°C. In de bodem neemt de bron weer energie op en komt met  9°C weer uit de bodem terug.  Doordat het koudemiddel in de verdamper energie heeft opgenomen begint het te koken (damp) en komt uiteindelijk gasvormig weer bij de compressor aan. 
  6. ...en het proces begint opnieuw.

A. Is het afgifte systeem bijvoorbeeld vloerverwarming, tapwater-verwarming, of LT radiatoren verwarming.
B. Is de bron, dit kan energie uit de bodem zijn, maar het kan ook energie uit oppervlakte water, dak-collectoren, ijsbuffer, buitenlucht,  etc. komen.

 

Lage-drukschakelaar (LD) schakelt bijvoorbeeld af (storing) onder de 1,5 bar
Hoge-drukschakelaar (HD) schakelt bijvoorbeeld af  (storing) boven de 30 bar

 

De heet gas temperatuur (net achter de condensor uit)  is minimaal 25 ºC tot  maximaal 50 ºC hoger dan de condensor uit / aanvoer cv.  De oververhitting (van gas/vloestof naar helemaal gas, wordt vaak afgesteld tussen ca. 4 en 8 ºC).
De zuig gas temperatuur ligt in de nabijheid van de bron in temperatuur. Het verschil tussen bron in / bron uit is ongeveer 2 tot 7K

 

Het droogfilter houdt mogelijk 'vuil' tegen, maar voorkomt vooral dat het eventueel nog aanwezige vocht (druppel water) wordt tegengehouden. Sommige filterdrogers hebben ook een zuurwerende functie. Ze vangen de schadelijke zuren op en vermijden zo corrosie.

 

Oververhitting

Indien na het verkrijgen van verzadigde damp, meer energie wordt geleverd zodat de damp-temperatuur oploopt, verandert de verzadigde damp in oververhitte damp. In het proces wordt vaak met 4 - 6 k overhitting gewerkt om er zeker van de zijn dat alle vloeistof is omgezet naar damp voordat het de compressor in gaat. De compressor is immers gebouwd om gas te comprimeren, en deze kan dat niet met vloeistof. 

 

Condensatie / condensor

De verandering van vloeistof in gas is een omkeerbaar verschijnsel. Als we warmte van de damp wegnemen, verandert de damp (in de condensor) door warmte aan de omringende lucht af te geven van gasvormig in vloeibaar.

 

LOG PH diagram warmtepomp:

 

Werking warmtepomp LOG PH diagram koudemiddel

 

In bovenstaand diagram ziet u de gedaante wisseling van vloeistof naar damp en omgekeerd, dit proces herhaalt zich constant zolang de compressor draait.

 

Isobar  = constante druk lijn.

 In dit voorbeeld is de lagedruk 6 bar en hoog 19 bar.  Dit is een momentopname in werkelijkheid verschuiven die lijnen zich omhoog of omlaag naar gelang de warmtevraag en temperaturen. Bijvoorbeeld naar 5 bar en 19 bar,  of naar 4 bar en 20 bar enz.

 

Warmtepomp_werking_componenten

 

Voordeel warmtepomp

 

wpWarmtepompen hebben, ten opzichte van andere verwarmingstechnieken, een aantal technische-, energetische-, economische- en comfort voordelen.  Warmtepomp verwarmingsinstallaties maken gebruik van hernieuwbaar vrij beschikbare omgevingsenergie. De inzet van zon, water, lucht en afvalwarmte zorgen voor een reductie op het gebruik van fossiele brandstoffen. Bij gebruikmaking van ‘groene stroom’ (wind/zon) maken warmtepompsystemen in principe geen gebruik meer van fossiele brandstoffen.  Warmtepompen zijn  eventueel ook een effectieve manier om restwarmte, uit bijvoorbeeld de industrie, her te gebruiken. Genoemde voorbeeld restwarmte wordt dan ingezet als bron-energie voor de warmtepomp. 

In combinatie met  bodem bronnen kunnen, met vrije passieve koeling, COP’s   gerealiseerd worden van 10 tot 20. Warmtepomp systemen zijn er in verschillende uitvoeringsvarianten en toestel-grootten voor een groot scala aan ruimten. Nieuwe koudemiddelen worden steeds milieuvriendelijker en hebben weinig of geen invloed op de omgeving en voeren als enige verwarmingssysteem warmte in een gesloten natuurlijke kringloop naar de bron terug. Daarbij komt dat de bij de techniek behorende LTV warmte afgifte comfort verhogend is. Tenslotte geldt dat warmtepompen in combinatie met passieve koeling een veel gunstiger energiegebruik kent dan andere veel voorkomende koelsystemen.

 

Warmtepomp inzet methodes

Monovalent

Bij dit systeem wordt uitsluitend verwarmd door de warmtepomp, er zijn geen bij-verwarmingen. Hierbij is het dan ook zeer belangrijk dat de warmtepomp goed gedimensioneerd is. Men moet er voor zorgen dat er altijd genoeg warmte beschikbaar is, maar tevens ook dat er niet te veel warmte beschikbaar is.  De warmtepomp zorgt (alleen zonder hulp) voor verwarming van woning en tapwater.

 
Mono-energetische werking

 De warmtepomp zorgt voor het grootste deel van de warmtebehoefte, maar bij erg koud weer wordt deze ondersteund door een ingebouwd elektrisch element. Bij de meeste aan/uit warmtpomp-installaties wordt 80 % (Bétafactor 0,8) van het benodigde warmtevermogen eigenlijk nodig voor de woning,  ingezet als warmtepomp vermogen. Het aandeel van de jaarlijkse activiteit van de warmtepomp/compressor bedraagt dan ca 97 % en van het elektrisch element ca 3%.
Duidelijker voorbeeld, stel dat uit de warmteverlies berekening blijkt dat je bij een buitentemperatuur van -10º C een warmtepomp nodig hebt van 10 kW om het warm te krijgen, dan wordt bij Bétafactor 0,8 bewust gekozen voor een warmtepomp van 8 kW in plaats van 10.  Op die koude dag kom je dan 2 kW te kort, die wordt opgevangen door een elektrisch element. 
Met een toestel van 80% van wat eigenlijk nodig was, dek je in Nederland toch 97% van de jaarbehoefte. (het is immers niet vaak -10 º C buiten). 


Bivalent-parallelle werking

De warmtepompinstallatie wordt tijdens de verwarmingswerking aangevuld met een bijkomende warmtegenerator bijvoorbeeld een gasgestookte  HR cv-ketel. Het verwarmingsvermogen van de warmtepomp wordt dan meestal met een Bétafactor tussen .4 en .7 (40% tot 70% van het benodigde totaal vermogen) ingezet. In de periode dat de warmtepomp zelf onvoldoende energie kan leveren zal dus een 2e warmtegenerator worden bij geschakeld.

 
Bivalent-alternatieve werking 

De warmtepomp zal een bepaalde periode voorzien in verwarming, waarna geheel gewisseld wordt naar een andere warmtegenerator (HR aardgas ketel bijvoorbeeld). Dit komt in de praktijk bijvoorbeeld voor bij (goedkopere) lucht/water warmtepompen, er kan berekend zijn dat bijvoorbeeld onder een buitentemperatuur van 0 °C de HR aardgasketel minder energiekosten met zich mee brengt dan de lucht/water warmtepomp. De buitentemperatuur zal dan het omschakelpunt worden van warmtegenerator (boven 0 °C de lucht/water warmtepomp, onder de 0 °C de HR cv ketel).  Per toestel kan die temperatuur anders zijn. Anno 2022 kunnen gerenommeerde warmtepompen ook onder 0 °C met een redelijk rendement presteren. 

 
BOA systematiek

'BOA' staat voor Bron, Omzetter en Afgifte systeem.  Deze dienen goed op elkaar te worden afgestemd.

 
Selectie warmtepompbron

Om een warmtepomp goed te kunnen toepassen, zal op voorhand gekeken moeten worden naar een geschikte bron om de benodigde (gratis) warmte te kunnen leveren. De keuze zal afhangen van de plaatselijke omstandigheden en de warmtepomptoepassing. Meestal kan men hierbij kiezen uit:

  • Ventilatielucht van de woning: ventilatielucht warmtepomp
  • Omgevingslucht: lucht/water warmtepomp
  • Bodemwarmte: de bodem onder of naast het gebouw, met behulp van water of van water/ glycol-mengsel;
    a. horizontaal, circa 1 - 1,5 m diep
    b. verticaal, circa 30 - 100 m diep
  • Warmte uit oppervlakte water
  • Restwarmte uit bijvoorbeeld (industriële) processen;
  • Warmte van dak of gevel elementen
  • Ijsbuffer / of Bufferzak

Bij bodemwarmte wordt een aantal begrippen brijn en sole gehanteerd. Wanneer bijvoorbeeld wordt gesproken van een brijn/water (B/W) warmtepomp, dan wordt daarmee bedoeld dat de warmte uit een gesloten bron wordt onttrokken met een water/glycol-mengsel voor het warmte transport aan de bronzijde.   Brijn = Brine = Mengsel van water en antivriesmiddel

Het doel is om ook nog warmte te kunnen onttrekken op of onder een niveau van 0 °C. 

Met sole wordt de bodem bedoeld die als bron wordt gebruikt voor het warmtepompsysteem. 

 
Ventilatielucht 

Woningen en gebouwen in Nederland dienen geventileerd te worden o.a. om bewoners een gezond binnenmilieu te bieden en om de bouwkundige delen tegen vochtinwerking te beschermen (bouwbesluit). De afgezogen lucht in een woning is gemiddeld 20°C en kan prima als bron voor een warmtepomp dienen. De warmtepomp kan hier zowel de woning als tapwater verwarmen. Door hun universele toepassing worden deze op dit moment steeds populairder in Europa. Men past deze warmtepompen toe tot een transmissie (warmteverlies van het gebouw) van ongeveer 5 kW.  Als je meer energie moet leveren, moet je met dit toestel ook meer gaan ventileren, immers je haalt de energie uit de ventilatielucht. Bij over-ventilatie haal je weer meer koude het gebouw binnen, dat moet je niet willen. Vandaar die 5 kW grens.

 

Omgevingslucht

De omgevingslucht heeft als groot voordeel dat deze in onbeperkte mate voorhanden is. De aanschaf- en installatiekosten voor het benutten van de omgevingslucht als warmtebron voor een warmtepomp zijn, vergeleken bij de andere vormen, laag. Het nadeel ervan is, dat de buitentemperatuur laag is als er veel warmte nodig is en hoog als er geen of nauwelijks warmte nodig is.  Welke wat invloed heeft op het rendement.  Bij bodemenergie is er minder variatie in bron temperatuur waardoor het rendement vaak beter is.   Het koelen, bij een lucht/water machine,  moet actief met de compressor gebeuren in tegenstelling tot bij bodem toestellen waarbij de 'koude' uit de bodem min of meer 'gratis' kan worden gebruikt. 

 

Bodemenergie

Horizontaal, circa 1 - 1,5 m diep
Verticaal, circa 30 - 100 m diep

Om de bodemwarmte als bron te benutten, wordt meestal een gesloten bodem-warmtewisselaar gebruikt. Hierdoor is het mogelijk om de warmte, die in de bodem opgeslagen is, te benutten als bron voor de warmtepomp. De aardbodem slaat namelijk de door de zon in gestraalde warmte op en hierdoor heerst er al vanaf een geringe diepte een vrij constante temperatuur.


Een horizontale bodemwarmtewisselaars is gemakkelijk aan te leggen en levert (mits goed aangelegd) een basis voor een goed jaarrendement. De bodemwarmtewisselaar dient gedimensioneerd te worden aan de hand van de plaatselijke bodemgesteldheid ze zal meestal liggen tussen de 15 en de 30  Watt per meter. Het nadeel is wel dat er een relatief grote oppervlakte nodig is en die is er helaas bij de meeste woningen in Nederland niet.

 

Een Verticale bron: Deze werkwijze vergt een gedegen analyse vooraf, en een nauwe samenwerking met een grondboorbedrijf dat (BRL) gecertificeerd is. Gebruikelijk worden er in Nederland bodemwarmtewisselaars toegepast tot een diepte van 30 à 100 m. De juiste diepte, het aantal en de afstand tussen de bodemwarmtewisselaars worden bepaald door de bodemgesteldheid, de beschikbare ruimte en de uiteindelijk benodigde warmteonttrekking.  

 

Beschrijving van de verschillende fase zoals o.a. in de BRL benoemd

Deze zijn tevens handig om het proces van ontwerp  tot uitvoering te volgen.

 

Programma fase

Van belang zijn de initiatieffase, haalbaarheidsfase en de projectdefinitie. In de initiatieffase worden de uitgangspunten vastgelegd die als basis dienen voor het ontwerp en de realisatie van het warmtepomp systeem. Bij de haalbaarheidsstudie worden de geïnventariseerde gegevens geanalyseerd en beoordeeld. Op basis hiervan wordt een voorlopig installatieconcept gekozen dat in technisch en economisch opzicht reëel is. Tijdens de projectdefinitie worden de uitgangspunten vastgelegd die de basis vormen voor het ontwerp van de installatie.

 

Demarkatie

De grenzen van het project worden eenduidig vastgesteld, in dit voorbeeld een combiwarmtepomp installatie voor ruimteverwarming en tapwaterbereiding en vrije koeling. Indien in deze fase blijkt dat de installatie bestaat uit meerdere onderdelen bestaat die los van elkaar kunnen worden gezien dan wordt van de afzonderlijke installaties een uitwerking volgens de MKK structuur gemaakt. Alle noodzakelijke componenten van de installatie worden in een principeschema vastgelegd. Ook wordt bepaald welke typen warmtepompen in aanmerking komen op basis van het typebron. Hierbij wordt bepaald of de installatie wordt opgebouwd uit losse componenten of dat gebruik wordt gemaakt van een toestel waarin alle functies zijn geïntegreerd, dus bijvoorbeeld met ingebouwde tapwaterboiler en ingebouwde passieve koeling. Hierbij worden ook de elektrische verwarmingselementen meegenomen voor de CV-en boilertoepassing.


Programma Van Eisen (PVE)

De huidige keuzes worden getoetst aan het PVE. In het PVE zijn eisen opgenomen ten aanzien van gebouw, bron, afgiftesysteem en gebruikers. Indien geen PVE beschikbaar is dient dit alsnog te worden opgesteld. In dit voorbeeld dienen vastgelegd te zijn: de keuze voor een individuele warmtepomp installatie, de toegepaste bron, het toegepaste afgiftesysteem, de keuze voor vrije koeling, de noodzakelijke hoeveelheid tapwater, het soort warmtapwater gebruikers, het toegepaste ventilatiesysteem en de opstellingsruimte voor de installatie inclusief boilervat.

 

Energievoorziening

Welke energievoorzieningen zoals gas, elektriciteit en/of stadsverwarming zijn er in de directe omgeving van het gebouw, en wat zijn de beschikbare vermogens. Het al dan niet aanwezig zijn van voorzieningen kan een heroverweging van gemaakte keuzes noodzakelijk maken.


Bron

De randvoorwaarden van het type bron moeten worden vastgesteld. Welke bronnen kunnen ter plaatse worden gerealiseerd. Is er een collectieve bron of moet zelf in een bron worden voorzien? Welke type bron is mogelijk, gesloten of open, en wat is de kwaliteit van het bronmedium. Wat zijn de randvoorwaarden voor aansluiting op een eventuele collectieve bron.


Afgiftesysteem

Voor het afgiftesysteem zijn gegevens nodig over het type warmtegebruikers, maximale aanvoertemperatuur, ontwerpvolumestromen, drukverliezen en minimale watervolume. Er worden drie temperatuurklassen LTV onderscheiden die allen hun randvoorwaarden voor afgiftesystemen kennen. Een minimale flow is noodzakelijk, ook als alle afsluiters zijn gesloten. Gelijktijdige toepassing van snelle en langzame afgiftesystemen wordt afgeraden, mits een gescheiden buffervat wordt toegepast.


Tapwaterbereiding

De tapwaterbereiding wordt afgestemd op het aantal bewoners, soort vraag (bijvoorbeeld douche of bad), en de laadtijd van de boiler. Of voorgeschreven door de opdrachtgever.  Ook kan worden gesteld dat deze aan de eisen van Woningborg / SWK moet voldoen. 


Opstellingsruimte

Van de opstellingsruimte is het belangrijk de afmetingen, de vloerbelasting en de toegankelijkheid te kennen.


Geluidseisen

Worden in het PVE geluidseisen gesteld. Het bouwbesluit stelt een maximale eis van 30 dB(A) aan verblijfsruimten. Mogelijk zijn geluidwerende maatregelen nodig. Ook bij een buitenlucht toestel krijg je te maken met wetgeving. Op de erfgrens van de woning wordt het geluid gemeten en moet het aan bepaalde normen voldoen. Die eis voor geluidsdruk is maximaal 45 dB (A) overdag (7.00 tot 19.00u)  en 40 dB (A) buiten genoemde tijden (nacht). 


Ventilatiesysteem

Het type ventilatiesysteem is belangrijk. Lucht ingebracht via ventilatieroosters in de gevel hebben een negatieve invloed op het op te stellen verwarmingsvermogen, warmterugwinning (WTW-unit) daarentegen heeft een positieve (minimale) invloed.


Normen en richtlijnen

Relevante Normen en richtlijnen die betrekking hebben op warmtepompinstallaties zijn: geluidwering in gebouwen, Installatiegeluid, warmteverliesberekening kwaliteitseisen ventilatie systemen. Tevens zijn er technische bladen voor de berekening van het benodigde vermogen van de opwekkingsinstallatie en het volume van het boilervat.

 

Bronnenwarmtewisselaar

Indien het bronwater van onvoldoende kwaliteit is moet een bronwarmtewisselaar en een bronpomp worden toegepast.

 

Bouwkundige schil

Woningen waarin warmtepomp worden toegepast voldoen bij voorkeur aan nieuwbouweisen van het bouwbesluit ten aanzien van luchtdoorlatendheid, thermische isolatie en koudebruggen. De reden hiervoor is het lagere temperatuur niveau van het verwarmingssysteem waardoor de installatie minder stralingscompensatie geeft op koude stralende vlakken. In alle gevallen is het wenselijk te controleren of de eisen ook als zodanig zijn uitgevoerd.

 

Verwarmen

Als een woning ouder is dan 10 jaar kan het rendabel zijn om vóór het vaststellen van het vermogen van de warmtepomp eerst de isolatiegraad van de woning te verbeteren om warmteverliezen te verminderen bij verwarmen. De hieronder vermelde vermogens zijn indicaties voor de op te stellen warmtepompvermogens per vierkante meter vloer oppervlak:
Bestaande bouw met weinig warmteweerstand: circa 75 W/m2 Nieuwbouw met goede warmteweerstand: circa 50 W/m2
Nul-/ laagenergiewoning: circa 30 W/m2


Koelen

Door de zonnewarmtebelasting terug te dringen kan de koelbelasting van de woning worden verlaagd. Hierdoor kan een kleinere, en efficiëntere warmtepomp worden geselecteerd. De zonnewarmtebelasting van het gebouw wordt berekend volgens nationale methoden of aan de hand van een gevalideerd computerprogramma. Deze belasting moet worden vergeleken met de huidige waarden van de wet- en regelgeving op bouwgebied.  (BENG TO-juli)

 

Ontwerpaanvoertemperatuur afgiftesysteem

Voor alle afgiftesystemen geldt één regime van aanvoertemperaturen, met een maximum van 55 °C. hierbij moeten logische combinaties van temperatuur en afgiftesysteem worden gekozen. Bij vloerverwarming bedraagt de ΔT 5 K, bij radiatoren 10 K. Een lage aanvoertemperatuur heeft een gunstige invloed op de COP. Een daling van de aanvoertemperatuur van 55 °C naar 35 °C heeft 40% hogere COP tot gevolg. Het heeft dus de voorkeur de aanvoertemperatuur zo laag mogelijk te houden.

 

Opwekking verwarmingsvermogen

Het benodigde opwekkingsvermogen is gebaseerd op de warmtebehoefte voor ruimteverwarming vermeerderd met het gemiddelde vermogen voor warmtapwaterbereiding. Belangrijke parameters zijn de bouwkundige schil, ontwerpaanvoertemperatuur, opwarmtoeslag volgens het Garantie Instituut Woningbouw (GIW), het ventilatiesysteem en het gemiddelde vermogen voor warmtapwaterbereiding. Een transmissieberekening stelt het vermogen voor verwarming vast.

 

Vrije koeling

Vrije koeling kan worden toegepast bij individuele opwekkingsinstallatie tenzij het afgiftesysteem niet geschikt is. Met grondwater of een gesloten bodem warmtewisselaar als bron is beperkte koeling mogelijk. Wand- en vloer afgiftesystemen zijn langzame systemen vanwege de grote massa, hiermee kan worden gekoeld. In verband met condensatie zijn radiatoren en convectoren niet automatisch geschikt voor koeltoepassingen. Ventilatorconvectoren moeten worden voorzien van condensafvoer.

 

Toepassing warmtepomp

De toepassing van de combiwarmtepomp moet worden heroverwogen wanneer sprake is van een groter tapwatergebruik dan de boiler toestaat, onvoldoende of ontoegankelijke opstellingsruimte, andere warmteopwekking beschikbaar is, ontwerpaanvoertemperatuur groter dan 45 °C of de geluidseisen worden overschreden.

 

Documentatie

Het resultaat van de programmafase wordt gerapporteerd. Hiervoor is een standaardrapport ontwikkeld waarin gegevens van het PVE en de gemaakte keuzes worden vastgelegd.

 

Ontwerpfase

Algemeen - Randvoorwaarden
Controleer de vastgelegde uitgangspunten: bouwkundig ten aanzien van bouwbesluit en technisch ten aanzien van alle geldende regelgeving en normen (BRL).

 

Communicatie - Benodigde informatie

De in de programmafase vastgelegde ontwerpuitgangspunten worden verder aangevuld ten aanzien van de bron. Het vermogen en de dimensies van de warmtepomp moet worden afgestemd op de volumestroom en het drukverlies van de bron. Ook worden de plaats en de afmetingen van de aansluitpunten van de bron vastgesteld voor de verdamper en de condensor. Tevens worden de plaats en afmetingen van de aansluitpunten van de boiler afgestemd.

 

Warmteopwekking ruimteverwarming en warmtapwater

Het vermogen van de warmtepomp bij ontwerptemperatuur is de som van de het vermogen voor ruimteverwarming, volgens ISSO 51, en het gemiddelde vermogen voor warmtapwaterbereiding. Keuze maken voor een mono- of bivalent systeem,  afhankelijk van de keuze van een warmtepomp met meerdere vermogensstappen en/of buffering. De buffering is afhankelijk van het minimale watervolume. Bij een bivalent systeem dient rekening te worden gehouden met de β-factor, 0,4<β<0,6. De β-factor is de verhouding tussen het vermogen van de warmtepomp en het totaal benodigde vermogen (ruimteverwarming en warmtapwaterbereiding). De bijstook voor warmtapwaterbereiding moet separaat worden vastgesteld.

 

Beschikbaarheid tapwater

Het tapwatersysteem moet voldoen aan de geldende NEN normen. De temperatuur van het tapwater moet gedurende een etmaal minimaal 55 °C kunnen bereiken, bij circulatiesystemen 60°C (Circulatie systemen achter een boiler die verwarmd worden door een warmtepomp zijn af te raden). Tevens gelden bij nieuwbouwwoningen GIW-eisen ten aanzien van watertemperatuur en wachttijd. De laadtijd van een boiler moet kleiner zijn dan 8 uur in verband met daltarief nachtstroom. Vanwege dezelfde tarievenstructuur in weekenden zijn weekprogramma’s voor desinfectie wenselijk.

 

Boilerselectie

Stel het gewenste type boiler vast op basis van energie, comfort en ruimteoverwegingen. Er kan worden gekozen voor een nachtstroom of een stand-by boiler. Een nachtstroomboiler is over het algemeen groter en neemt meer ruimte in beslag, maar wordt gedurende de nacht ‘geladen’ tegen het lage elektriciteitstarief. Wanneer de boiler leeg is duurt het lang voordat nieuw
warmtapwater beschikbaar is. De stand-by boiler is kleiner maar kan daarentegen op korte(re) termijn worden ‘geladen’, tegen het op dat moment beschikbare elektriciteitstarief. Op basis van de keuze, nachtstroom of stand-by boiler kan de inhoud van de boiler worden vastgesteld op basis van het aantal gebruikers en aanwezigheid van douche en/of bad. Als het aantal gebruikers niet bekend is, moet worden uitgegaan van minimaal 4 personen welke voldoende tapwater tot hun beschikking moeten hebben.
Als minimum kan worden aangehouden 40 liter van 55°C per persoon per dag voorraad. Voor 4 personen betekend dit dus minimaal een boilerinhoud van 4 x 40 = 160 liter (Indien meer comfort gewenst is, meer voorraad).

 

Geluidseisen

Het maximale geluidniveau van een warmtepomp bedraagt 55 dB(A), afgezien van eisen in het PVE.


Aansluiten warmtepomp

Bij het aansluiten van het toestel moet rekening worden gehouden met trillingsvrije opstelling. Voor sommige warmtepompen betekend dit dat er trillingsdempers onder de voeten en flexibele leidingen moeten worden toegepast. Daarnaast zijn er warmtepompen welke zo goed zijn geconstrueerd (ingebouwde trillingdempers) dat dit extern niet nodig is.


Aanbevelingen

Aan het geluidniveau in de opstellingsruimte worden in het bouwbesluit geen eisen gesteld, In het Nationaal Pakket Woningbouw is een norm van maximaal 30 dB(A) voor verblijfsruimten opgenomen. Kies de opstellingsruimte van de warmtepomp dusdanig dat de bronleidingen zo kort mogelijk zijn. Zorg voor voldoende isolatie van de leidingen tussen de warmtepomp en de boiler. Plaats
het toestel indien mogelijk zo dicht mogelijk bij het tappunt in de keuken. Kies een warmtepomp met minder dan 3 kg koudemiddelinhoud i.v.m. exta periodieke keuringen en inspecties die anders nodig zijn.

 

Geïntegreerde elektrische bijstook

In alle gevallen dient rekening te worden gehouden met legionellapreventie. Te onderscheiden zijn de elektrische bijstook geïntegreerd in de warmtepomp of in de separate boiler. De elektrische bijstook wordt dan als extra of als back-up (noodbedrijf) ingezet voor ruimte- en boilerverwarming respectievelijk alleen boilerverwarming. Bij thermische desinfectie wordt het verwarmingselement onder in de boiler geplaatst omdat daar de temperatuur bepalend is. Gelijktijdig warmtepompbedrijf is energetisch gezien gunstig, wanneer er sprake is van elektrische bijstook. De gegevens zoals spanning, stroomsterkte, nominaal opgenomen vermogen en beveiligingen moeten bekend zijn. Reguliere bijstookvermogens zijn 1,5-2,5 kW voor boilers en tot circa 9 kW voor warmtepompen.

Buffer

Buffers worden toegepast wanneer het minimale volume door het systeem kleiner wordt dan de minimale volumestroom over de condensor of de waterinhoud van het warmtepomp systeem. De minimale volumestroom over de condensor is afhankelijk van het minimale vermogen van de warmtepomp en is wenselijk voor een goede warmteoverdracht. Door het plaatsen van een buffer wordt pendelen (frequent aan/uit schakelen) van de warmtepomp voorkomen. Een buffervat verdient de voorkeur boven een bypass leiding met overstortventiel of open verdeler/verzamelaar met radiatorafsluiters.

Een parallelbuffer verdient de voorkeur, een seriebuffer kan ook maar geniet niet de voorkeur.

 


Minimale waterinhoud

De minimale waterinhoud van het systeem is die hoeveelheid water die wordt rondgepompt wanneer alle (automatische) afsluiters in het systeem zijn gesloten. Deze hoeveelheid is te klein als de warmtepomp het water binnen 10 minuten 5-10 K in temperatuur kan verhogen. Dit tijdbestek is gedefinieerd op basis van het zogenaamde pendelgedrag bij meer dan 6 aan/uitschakelingen per uur.

 

Beschikbaarheid gegevens

De ontwerper dient minimaal te beschikken over het volume van het boilervat, installatievoorschriften, afmetingen, leeg en gevuld gewicht van de boiler en de isolatie van het buffervat.

 

Boiler

Het volume van het boilervat moet zijn afgestemd op het PVE en minimale eisen.  Het boilervat is thermisch voldoende geïsoleerd. De ontwerper beschikt in dit stadium over de volgende gegevens: volume, stookwijze direct of indirect, warmteoverdracht indirect via spiraal of mantel, prestaties warmtewisselaar, installatievoorschriften, afmetingen, leeg en gevuld gewicht, isolatiewaarde ommanteling en gegevens eventuele bijstook. Aandachtspunten zijn het vermogen van de warmtewisselaar in de boiler die veelal is berekend op de hogere aanvoertemperatuur van CV-ketels en het energiegebruik van de extra circulatiepomp bij niet geïntegreerde boilers. Met andere woorden zorg voor een op de warmtepomp afgestemde boiler.

 

Circulatiepompen

Circulatiepompen moeten voldoen aan de geldende eisen. Het vermogen van deze pompen beïnvloed het systeemrendement. Het aantal moet daarom tot een minimum worden gereduceerd en de noodzakelijke pompen moeten energiezuinig, thans verplicht, worden geselecteerd. Ook de leidingdiameters en de daaraan verbonden leidingweerstand zijn op de benodigde opvoerhoogte en energiekosten van invloed. Voorkom daarnaast het onnodig draaien van circulatiepompen.

 

Isolatie

Leidingen, buffer en boiler dienen afdoende te zijn geïsoleerd. Installatiedelen zoals leidingen, pompen en afsluiters die een bedrijfstemperatuur kunnen bereiken die lager is dan 20 °C, moeten dampdicht worden geïsoleerd om condensvorming te voorkomen. Corrosie kan optreden in situaties met messing fittingen, ammoniak en dampdichte isolatie.

 

Hydraulische schakeling

Er zijn drie mogelijke hydraulische schakelingen voor woningen te onderscheiden. Deze systemen zijn uitgevoerd met een afgiftesysteem voor de woonkamer en voor de rest van de woning. De woonkamer bepaald de warmtevraag, de overige vertrekken zijn voorzien van één of meerdere verwarmingslichamen waarvan het tweede wordt nageregeld. Onderscheidend is de hydraulische opbouw aan de opwekkerzijde.

 

Een korte omschrijving van de 3 basis schakelingen:


Hydraulische schakeling 1

Basissysteem met warmtepomp voorzien van geïntegreerde naverwarmer. Het aanvoerwater wordt door de driewegklep verdeeld over het vloer-/ wandverwarmingssysteem of de boiler. De boiler is voorzien van elektrische bijstook. Aanvullende verwarming van slaapkamers en zolder is mogelijk met overbemeten radiatoren en convectoren. Als de minimale waterinhoud van het systeem onvoldoende is wordt in de retourleiding van het cv-systeem een buffervat in serie opgenomen. Wanneer de overige vertrekken onvoldoende warm worden, dient de afgifte in de woonkamer te worden gereduceerd. Als regeling zijn voor het systeem de volgende opties:

  • Regeling woonkamer met aan/uit thermostaat. Hierbij wordt eerst de naverwarmer uitgeschakeld en daarna de warmtepomp.
  • Regeling woonkamer via stooklijn op basis van buitentemperatuur en een hulpregeling voor woonkamercompensatie.

Hydraulische schakeling 2

Warmtepomp circuleert in principe over een buffervat, in geval van warmtevraag wordt het aanvoerwater rechtstreeks naar de vragende groepen gebracht. Het systeem is voorzien van een externe naverwarmer. Het aanvoerwater wordt door de driewegklep verdeeld over het vloer-/ wandverwarmingssysteem / radiatoren / convectoren of de boiler. Het warmtepompsysteem is voorzien van een eigen circulatiepomp om het water over de buffer te voeren en een inregelafsluiter voor het verrichten van metingen. Het afgiftessysteem wordt bij voorkeur voorzien van een toerengeregelde pomp om te kunnen anticiperen op gewijzigde volumestromen door het dichtlopen of opengaan van thermostatische afsluiters. Er is geen bypassleiding nodig wanneer de pomp uitschakelt als de flow 0 wordt. Bij toepassing van radiatoren en convectoren in plaats van vloer- en wandverwarming, dan
moet de aanvoertemperatuur worden verhoogd naar 55 °C. De boiler is voorzien van elektrische bijstook. De regeling van het systeem gebeurd op basis van een vaste aanvoertemperatuur of via een stooklijn op basis van buitentemperatuur. Hierbij wordt eerst de naverwarmer uitgeschakeld en daarna de warmtepomp. Regeling overige vertrekken gebeurd met thermostatische radiatorafsluiters.


Hydraulische schakeling 3

Warmtepompsysteem voorzien van geïntegreerde naverwarmer. Het aanvoerwater wordt door de driewegklep verdeeld over het vloer-/ wandverwarmingssysteem of de boiler. Het afgiftesyteem is voorzien van een buffervat met bij voorkeur een toerengeregelde pomp. Met de toerengeregelde pomp kan worden geanticipeerd op gewijzigde volumestromen door het dichtlopen of opengaan van thermostatische afsluiters. Er is geen bypassleiding nodig wanneer de pomp uitschakelt als de flow 0 wordt. De boiler is voorzien van elektrische bijstook. De warmtepomp circuleert in principe over een buffervat, in geval van warmtevraag wordt het aanvoerwater rechtstreeks naar de vragende groepen gebracht. Het aanvoerwater wordt door de driewegklep naar de boiler gebracht wanner deze moet worden ‘geladen’. Het warmtepompsysteem is voorzien van een eigen circulatiepomp om het water over de buffer te voeren en een inregelafsluiter voor het verrichten van metingen. Bij toepassing van radiatoren en convectoren in plaats van vloer- en wandverwarming, dan moet de aanvoertemperatuur worden verhoogd naar 55 °C. De boiler is voorzien van elektrische bijstook. De regeling van het systeem gebeurd op basis van een vaste aanvoertemperatuur of via een stooklijn op basis van buitentemperatuur. Hierbij wordt eerst de naverwarmer uitgeschakeld en daarna de warmtepomp. Regeling overige vertrekken gebeurd met thermostatische radiatorafsluiters.

 

Algemene voorwaarden alle hydraulische systemen


Regeling, besturing en beveiliging.

De bijstook van het systeem dient zoveel mogelijk buiten bedrijf te worden gehouden door
keuze van een zo laag mogelijke aanvoertemperatuur. Indien noodzakelijk wordt de warmtepomp voorzien van een inregelafsluiter, om de regelbaarheid van het afgiftesysteem te verbeteren. Bij voorkeur de inregelafsluiter voorzien van meetnippels voor metingen tijdens oplevering, keuring en onderhoud. Voor een goede regelbaarheid van de installatie worden alle warmteafgiftesystemen en - lichamen voorzien van inregelafsluiters om op alle plaatsen de gewenste hydraulische debieten te realiseren. Inregelafsluiters hoeven niet van een meetvoorziening te worden voorzien als de standen zijn berekend via de voorinstelmethode. Dimensionering van het expansievat en veiligheidsventiel volgens de richtlijnen. Een installatie die wordt geregeld volgens een weersafhankelijke stooklijn kent een beter regelgedrag, met name voor de regelafsluiters.

Regeling, besturing en beveiliging  Voor een goede regelbaarheid van de installatie is een goede hydraulische inregeling een vereiste. De verdamper dient tegen invriezen te worden beveiligd.  Warmtapwatervraag is preferent boven ruimteverwarming. Om gebruik te kunnen maken van de laag elektriciteitstarief is programmering met een weekklok wenselijk.


Condensatie

Om condensatie te voorkomen wordt gekoeld met een minimale temperatuur van 18 °C. Om dit te realiseren kan gebruiken worden gemaakt van een mengregeling waarbij met behulp van driewegkleppen alleen het noodzakelijke bronwater wordt bijgemengd.

 

Schakeling koelen en verwarmen

Uit energetisch oogpunt moet te allen tijde worden voorkomen dat gelijktijdig wordt gekoeld en verwarmd. De omschakeling van verwarmen naar koelen kan automatisch worden gedaan op basis van binnen- en buitentemperatuur, met een minimale buitentemperatuur. Bouw een tijdfactor in de regeling, te weinig tijd tussen verwarmen en koelen kan energetisch ongunstig
zijn. Een handmatige schakeling door de gebruiker is mogelijk, mits deze niet vergeet de koeling uit te schakelen.


Ruimtetemperatuurregeling

Regeling is mogelijk met een aan/uit kamerthermostaat, met een weersafhankelijke (buitentemperatuur) regeling of met een combinatie hiervan. Met de aan/uit kamerthermostaat wordt het hoofdvertrek (woonkamer) geregeld. De overige vertrekken worden geregeld met handafsluiters of thermostatische radiatorafsluiters (TRA). Zonder warmtevraag in het hoofdvertrek is er geen warmte aanbod in de andere ruimten. Dit is kritisch wanneer zich een open haard in het hoofdvertrek bevindt. Ook wanneer er een studeer/ slaapruimte is kan het voorkomen dat deze onvoldoende warmte aanbod heeft. Deze situatie verslechterd wanneer het hoofdvertrek een oriëntatie heeft aan een zuidgevel en de studeer/ slaapruimte een noord of oostgevel. Met een weersafhankelijke regeling wordt de wateraanvoertemperatuur afhankelijk van de buitentemperatuur voorgeregeld (stooklijn). In alle ruimten wordt de temperatuur nageregeld met TRA’s. De buitentemperatuur opnemer wordt op de koudste gevel geplaatst. Hierdoor is altijd in alle ruimten aanbod van warmte met een voldoende hoog temperatuurniveau. Hydraulische gezien hebben beide typen regelingen hun eigen kenmerken. Voorwaarde is dat er altijd een minimale stroming van water door de afgiftesystemen mogelijk is om ‘pendelen’ tegen te gaan. Bij de aan/uit regeling is de minimale watervolumestroom afhankelijk van de warmteafgifte in het hoofdvertrek. Dit is in de regel voldoende omdat dit meestal het grootste vertrek in de woning is. Bij weersafhankelijk geregelde systemen is een bypass-leiding noodzakelijk om een minimale stroming te houden wanneer alle afsluiters zijn gesloten. De mengvorm bestaat uit een aan/uit kamerthermostaat waarbij de wateraanvoertemperatuur afhankelijk is van de ruimtetemperatuur (zogenaamde binnentemperatuurscompensatie). Deze regeling wordt afgeraden omdat zij in het meest gunstige geval de aan/uit regeling benaderd, maar in andere gevallen geen comfortabele ruimtetemperatuur realiseert.

 

Middelen - Bijdrage warmtepomp aan warmtelevering

Om tot een optimale warmtepompselectie te komen is inzicht in de juiste verhouding tussen opgesteld warmtepompvermogen (voor ruimteverwarming en warmtapwaterbereiding gezamenlijk) en de noodzakelijke elektrische naverwarming (bijstook) wenselijk. Deze verhouding wordt uitgedrukt in de zogenaamde β-factor. De optimale β-factor is vastgesteld op een waarde tussen 0,4 en 1. Een β-factor van 1 houdt in dat er geen elektrische bijstook plaatsvindt. Hoe lager de β-factor, hoe groter het aandeel bijstook en hoe kleiner het op te stellen warmtepompvermogen wordt. Het kleinere warmtepomp vermogen is gunstig voor de installatiekosten (aanschafkosten warmtepomp) en minimaliseren van het ‘pendelgedrag’.
Bij een lucht/water warmtepomp, welke bijna altijd modulerend is,  of bij een modulerende bodem warmtepomp met 'glijdend vermogen, kiest u meestal voor β-factor (Betafactor) 1. 

 

Berekening minimale waterinhoud

De minimale waterinhoud van het systeem is die hoeveelheid water die wordt rondgepompt wanneer alle (automatische) afsluiters in het systeem zijn gesloten. De hoeveelheid is te klein als de warmtepomp het water binnen 10 minuten 5-10 K in temperatuur kan verhogen. Dit tijdbestek is gedefinieerd op basis van het zogenaamde pendelgedrag bij meer dan 6 aan/uitschakelingen per uur. De temperatuurverhoging (5-10 K ) is afhankelijk van het keuringsregime dat wordt gebruikt voor het keuren van de warmtepomp. Deze norm is gebaseerd op een ΔT van 10 K over de condensor en 3 K over de verdamper, maar beter is een ΔT van 5 K over de condensor en 3 K over de verdamper.

 

Berekening volume buffer

Het buffervolume is het verschil tussen de minimaal noodzakelijke systeeminhoud en de werkelijke vrije systeeminhoud. Wanneer de vrije werkelijke systeeminhoud bijvoorbeeld 50 liter is en de minimaal noodzakelijke systeeminhoud 240 liter bedraagt, dan moet er een buffer in systeem worden opgenomen van 240-50 = 190 liter. Een groter buffer zal de schakeltijd (aan-uit tijd van de warmtepomp) vergroten, wat gunstig is voor de levensduur. Een vaak door fabrikanten gehanteerde regel, bij een geheel na-geregelde installatie is 20 liter per kW minimum warmtepomp vermogen.
Voorbeeld: Bij een 5 kW aan/uit machine is dan een buffer nodig van 5 x 20 = 100 liter.
Bij een modulerende warmtepomp van 3 tot 12 kW is een buffer nodig van 3 x 20 = 60 liter.

 

Minimum inhoud en vermogen voor boiler

De inhoud van de boiler is 40 liter (van 55 graden) per persoon, dus met 4 personen 4 x 40 = 160 liter.
Daarnaast geld dat deze minimaal in 8 uur (nacht) opgeladen moet kunnen zijn.

Korte rekenmethode opwarmtijd  (liter x delta T) : 860 = kWh
Voorbeeld 160 liter moet van 10 naar 55°C worden gebracht (delta T = 55 - 10 = 45°C)
160 x 45 =  7200
7200 : 860 = 8,372 kWh is nodig om  de 160 liter water weer warm te maken.

(Een warmtepomp van 1,8 kW heeft daarvoor dus   8,372 kWh : 1,8 = 4,65 uur nodig.)

 

Rapportage ontwerpfase

Voor het starten van de uitwerkingsfase moeten de volgende uitgangspunten zijn vastgesteld:
 

  • Processchema hydraulische schakeling

Installatietekening met daarin aangegeven:
 

  • Bevestigingen
  • Elektrische aansluitpunten
  • Aansluitmaten leidingen
  • Functionele omschrijving regeling, besturing en beveiliging
  • Beschrijving en dimensionering opwekkingsinstallatie en componenten
  • Beschrijving en dimensionering regelapparatuur

Uitwerkingsfase

De uitwerking betreft de definitieve selectie van onderdelen van de warmteopwekkingsinstallatie voor verwarming en warmtapwaterbereiding. Er kan pas met de uitwerkingsfase worden gestart wanneer alle gegevens van de ontwerpfase beschikbaar zijn.


In de programmafase en ontwerpfase zijn een aantal rapportages opgesteld, deze zijn nu definitief vastgesteld. Het woningontwerp is gereed, bouwkundig PVE en definitief ontwerp met principedetails. Het ontwerp van bron- en afgiftesysteem en het warmtapwatersysteem zijn gereed.

 

Op basis van de beschikbare informatie wordt een definitieve selectie van alle installatiecomponenten. Hierbij wordt vermeld: de ontwerpspecificaties van de installatie, documentatie van de fabrikanten/leveranciers en de kosten. Leg de verschillen vast ten opzichte van specificaties zoals die in de ontwerpfase waren opgesteld. Alle resultaten van de uitwerkingsfase zijn verwerkt
in het bestek en de bestekstekeningen.

 

Realisatiefase

Montage en materiaal
Waterzijdig moeten alle verbindingen moeten lekdicht zijn door middel van soldeerverbindingen, knelkoppelingen of fitwerk. De installatie moet zijn uitgevoerd met een minimum aan verbindingen en verloopstukken. Bij grotere serie woningen kan het wenselijk zijn een proefwoning te voorzien van een volledig geïnstalleerde installatie en deze na een zorgvuldige test pas op te schalen naar de uitvoering van het gehele project. Hiermee kunnen montageproblemen worden voorzien en geoptimaliseerd, de installatie kan worden getest ten aanzien van de ontwerpeisen en monteurs hebben een voorbeeld van de installatie.

Eisen ten aanzien van corrosiewering, water als warmtetransportmedium voor ruimteverwarming en het vullen en afpersen zijn , even als de eisen voor het waterzijdig inregelen opgenomen in ISSO publicaties (ruimteverwarming).

 

Oplevering

Voor de oplevering moeten de volgende punten worden gecontroleerd:

  • Is de plaatsing van het toestel conform de voorschriften van de leverancier.
  • Is het separate boilervat zo dicht als mogelijk bij het keukentappunt geplaatst.
  • Zijn de waterzijdige verbindingen gecontroleerd op dichtheid en met trillingsvrije aansluitingen verbonden met de warmtepomp
  • Zijn in het afgiftesysteem en aan de bronzijde expansievoorzieningen geplaatst.
  • Zijn de inlaatcombinatie en de overstort correct aangebracht
  • Is de isolatie volledig aangebracht en nog overal intact. Is de dampdichte isolatie op de juiste leidingen aangebracht
  • Is de installatie waterzijdig correct ingeregeld.
  • Is de elektrische installatie conform het voorschrift van de leverancier afgezekerd. Is de draairichting van de compressor correct.
  • Zijn de leidingverbindingen van het geschikte materiaal, druk, temperatuur en wijze van montage.
  • Is de warmtepomp ingesteld en ingeregeld conform de eisen van de leverancier en de eigen eisen.
  • Is de gebruiker geïnstrueerd over de werking van de installatie.
  • Heeft de gebruiker/opdrachtgever de documentatie van alle installatiecomponenten ontvangen. (De gebruiker/opdrachtgever krijgt een set documentatie van alle installatiecomponenten samengesteld conform de eisen).

Beheerfase

Garantie
Om de beheerfase goed in te gaan moeten gegevens over garantie, service en onderhoud worden vastgelegd. Ook moeten er afspraken worden gemaakt over hoe wordt omgegaan met storingen, het niet goed functioneren van de installatie en rapportagefrequentie voor de nazorgactiviteiten. Ten aanzien van de garantievoorwaarden moet worden vastgelegd welke informatiestromen te verwachten zijn en wie de aanspreekpunt worden aan opdrachtgever- en opdrachtnemer zijde. Belangrijk is de werkwijze voor het afhandelen van garantiekwesties en waar de verantwoordelijkheden liggen. Afgesproken moet worden hoe te handelen bij storingen en het niet goed functioneren van de installatie. De projectinformatie moet worden gedocumenteerd, hiervoor moet een papieren en/of digitaal archief worden aangelegd. Ook moeten afspraken worden gemaakt over de formats waarin de gegevens worden gedocumenteerd.

 

Service & onderhoud:  leest u hier

Go to top

logo© Warmtepomp-tips.nl, dinsdag 24 mei 2022

Pagina: - Warmtepomp werking, voor- en nadelen
Tags:werking, warmtepomp, verbruik, gebruik, energie, lucht, water, rekening, kosten, koelkast
Beschrijving: Waarom kies je voor een warmtepomp, over werking, efficiëntie en duurzaamheid.