Wel of geen buffervat in een warmtepomp-installatie ? (Visie 2022)

Een goede warmtepompinstallatie is, voor een lange en zorgeloze levensduur van het toestel, bij voorkeur voorzien van een buffervat. Sterker: deze is soms noodzakelijk!

 

Een buffervat is nodig voor de minimale draaitijd van de warmtepomp en bij sommige lucht/water soorten als energie-inhoud voor de ontdooi functie.  De levensduur van een warmtepomp-compressor is sterk afhankelijk van het aantal start- en stops. Hoe minder schakelingen hoe langer dat het toestel mee zal gaan. Een veel gebruikte stelregel is dat er per draaiuur van de compressor maximaal 3 start- en stops mogen zijn.  De ISSO stelt, dat als de warmtepomp aan gaat, deze minimaal 10 minuten aan moet blijven.  Een buffervat kan serieel of parallel worden aangesloten. 

Parallel of serie buffer warmtepomp

Of een buffervat nodig is hangt af van het (minimaal) vermogen van het toestel en de waterinhoud van uw systeem. 

  • Alleen als het afgiftesysteem niet is nageregeld en altijd geheel open is, kan de warmtepomp meestal voldoende capaciteit kwijt aan de woning en is geen buffervat nodig. Natuurlijk moet dan wel de capaciteit van de warmtepomp precies afgestemd zijn op de grootte (capaciteit) van het afgiftesysteem! Als er voldoende vermogen kan worden overgedragen en er voldoende waterinhoud is; Dan alleen kan de installatie zonder buffervat.
  • Als het nageregeld afgiftesysteem slim communiceert met de warmtepomp, in een Semi-Master/Master opstelling, is een buffervat soms ook niet noodzakelijk; Pas als er voldoende vraag is, en er voldoende groepen openstaan in het systeem, krijgt de warmtepomp vanuit de zoneregeling een vrijgave tot starten. Deze elektronica heeft dus een bewaking voor de minimaal benodigde systeeminhoud en is ook voorzien van een antipendelsysteem om teveel start-stops te voorkomen. Omdat er meestal minimaal twee groepen open moeten staan om de minimale systeeminhoud te waarborgen wordt het een Semi-Master/master regeling genoemd (dus geen master/master).
  • Als een geheel nageregeld afgiftesysteem (een afgiftesysteem met zoneregelaars) communiceert met de warmtepomp, in een echte Master/Master opstelling, is er bijna altijd een buffervat nodig.
    Waterinhoud van de kleinste groep in de woning + bufferinhoud = minimale systeeminhoud (die voor de warmtepomp nodig is). 
  • Als alles is nageregeld, voor het hoogste comfort, is altijd een buffervat nodig! Bij voorkeur gebruik je dan een parallel geschakelde buffer, er is dan geen bypass nodig en de installatie is daardoor makkelijker in te regelen. De warmtepomp kan dan min of meer onafhankelijk van het afgiftesysteem in werking blijven, dat geeft een lange zorgeloze levensduur.

Bufferinhoud volgens een snel en makkelijk kengetal:

  • Bufferinhoud in liter bij een aan-uit warmtepomp = maximale capaciteit in kW x 20 liter.

  • Bufferinhoud in liter bij een modulerende warmtepomp = minimale capaciteit in kW x 25 liter

Waterinhoud, buffer grootte,  volgens ISSO richtlijnen.

De ISSO is een kennisplatform voor de bouw- en installatieprofessionals. Deze kennisclub van ingenieurs, professors, docenten en technici brengt regelmatig publicaties uit, voorafgegaan door gedegen onderzoek en feitenkennis. De ISSO adviseert gevraagd en ongevraagd de overheid wat vaak resulteert tot wetgeving in onder andere het Bouwbesluit. 

 

Hoe groot moet de buffer zijn volgens de ISSO ?  Wellicht is het beter om een andere vraag te stellen, namelijk deze: Hoe groot moet de waterinhoud van een warmtepomp-installatie zijn.  Want dat is uiteindelijk waar het om gaat!

De ISSO gebruikt daarvoor deze formule:

V = (t aan x Ø) : ( c x delta T) , waarbij:
V = minimale waterinhoud
t aan = tijd = 600 seconden (10 minuten)
Ø = (minimaal) vermogen geleverd door de warmtepomp
c = soortelijk warmte van water = 4,2 kJ/Kg.K
delta T = temperatuur verschil (vaak wordt bij vloerverwarming uitgegaan van 7ºC)

 

Voorbeeld 1:  Aan/uit warmtepomp van 10 kW 

V = (t aan x Ø) : ( c x delta T)

V = (600 sec. x 10 kW) : (4,2 kJ/Kg.K x 7 K) ,  uitkomst: 204 liter    (met kengetal was dit dus 10 x 20 = 200 liter).

 

Als de installatie geheel is nageregeld (dicht kan lopen) is een buffer van 200 liter nodig. 

Stel dat de woonkamer, 30 m² vloerverwarming h.o.h. 10 met 18 (x2) mm slang en de keuken 20 m² met dezelfde h.o.h afstand en slangdikte geen zoneregelaar heeft en altijd open zijn wat moet dan de bufferinhoud zijn ?

 

We kijken nu in onderstaande tabel:

H.o.h  Waterinhoud in liter/m² afhankelijk van buisdiameter
  16 x 2 mm 17 x 2mm 18 x 2mm 20 x 2mm
10 cm  1,1 1,3 1,5 2,0
15 cm  0,8 0,9 1,0 1,3
20 cm  0,6 0,7 0,8 1,0
25 cm  0,5 0,5 0,6 0,8
30 cm  0,4 0,4 0,5 0,7

 

Hart op hart 10 cm vloerverwarming met slang van 18 mm heeft een waterinhoud van 1,5 liter per m²

(kamer 30 + keuken 20=)  50m² vloerverwarming geeft dus 50 x 1,5 =  75  liter  

Deze 75 liter mag nu in mindering worden gebracht op de 204 liter. 
De buffer moet nu 204 - 75 = 129 liter worden!

 

Voorbeeld 2:  Modulerende warmtepomp met een bereik van 2- tot 6 kW

Bij een modulerende warmtepomp, die op en af kan toeren, weten we normaal gesproken niet hoeveel tijd nodig is om terug naar de laagste stand te moduleren op het moment dat de zoneregelaars dicht lopen. Dit zal normaal enige tijd in beslag nemen. We kunnen dus niet klakkeloos van het minimaal vermogen uit gaan. We nemen om die reden 2 minuten extra tijd op en gaan nu in de formule uit van 12 minuten in plaats van 10 minuten, maar we nemen wel het laagste (minimaal) vermogen als uitgangspunt. In dit voorbeeld is het minimaal vermogen 2 kW. 

 

V = (t aan x Ø) : ( c x delta T)

V = (720 sec. x 2 kW) : (4,2 kJ/Kg.K x 7 K) ,  uitkomst: 48,9 liter. 

 

Als de installatie geheel is nageregeld (dicht kan lopen) is een buffer van 48,9 liter nodig. 

Stel dat nu alleen een woonkamer met 30 m² vloerverwarming h.o.h. 10 met 16 (x2) mm slang  altijd open is.

 

We kijken weer in onderstaande tabel:

H.o.h  Waterinhoud in liter/m² afhankelijk van buisdiameter
  16 x 2 mm 17 x 2mm 18 x 2mm 20 x 2mm
10 cm  1,1 1,3 1,5 2,0
15 cm  0,8 0,9 1,0 1,3
20 cm  0,6 0,7 0,8 1,0
25 cm  0,5 0,5 0,6 0,8
30 cm  0,4 0,4 0,5 0,7


Hart op hart 10 cm vloerverwarming met slang van 16 mm heeft een waterinhoud van 1,1 liter per m²

 30m² vloerverwarming geeft dus 30 x 1,1 =  33  liter water inhoud in de vloer die niet is nageregeld.

Deze 33 liter mag nu in mindering worden gebracht op de 48,9 liter. 
De buffer moet nu 48,9 - 33 = 15,9 liter worden!


buffervat in warmtepomp installatie altijd aan te raden

In de praktijk wordt soms ook deze formule gebruikt (het is maar net wat je gewend bent). 

Q = P x 0,86 / ΔT


Waarbij
Q = volumestroom in m3/h
P =  Vermogen in kW
ΔT = delta T in K

Laten we het eerder genoemde voorbeeld van de 10 kW aan/uit warmtepomp ook even op die manier doen:

Q= (10 kW x 0,86)/7  = 1.228  m³/h    wat weer gelijk is aan 1228 liter per uur.
Delen door 6  (10 minuten is 1/6 van een uur) = 204 liter.  
(Die uitkomst is dus gelijk aan de eerder gedane methode)

 

Als je het nog beter wil doen ...  2 x kengetal! 

Hoe kleiner het verschil tussen de bron (bodem, buitenlucht) en de aanvoertemperatuur die je wil maken richting het afgiftesysteem, hoe hoger het rendement (COP) van de warmtepomp.  Stel dat je een systeem hebt met zone-regelaars, dan heb je eerder op deze pagina gezien dat een buffervat noodzakelijk is. Als de zoneregelaars dicht lopen op het het moment dat de compressor nog maar net is aangegaan, dan zal de restwarmte tijdelijk in de buffer worden gestopt (en bij het open lopen van de installatie weer worden gebruikt). Dit om pendelen van de compressor tegen te gaan, wat de levensduur van de warmtepomp verlengt. Omdat we als uitgangspunt de installatie delta T (verschil tussen de aanvoer- en de retourleiding) van 7 ºC gebruikte, zal dit ook precies de temperatuursverhoging van de aanvoer zijn die in het vat na 10 minuten heeft plaats gevonden. Afhankelijk van de temperatuur in de buffer, op het moment dat de zoneregelaar dicht liep, kan het dus zijn dat deze hoger zal worden dan de eigenlijk gewenste aanvoertemperatuur. Als de warmtepomp een iets hogere aanvoertemperatuur gaat maken dan eigenlijk nodig, kost dit een klein beetje rendement. Om dit te voorkomen kun je een buffer kiezen die bijvoorbeeld 2 x zo groot is als het kengetal. Dan zal de overschrijding van de aanvoertemperatuur maximaal 3,5 ºC  zijn in plaats van 7 ºC.  Zodra de zoneregelaar weer open loopt zal er dan ook niet meteen een 'overshoot'  zijn in de installatie.  Een buffer die 2x zo groot is dan het richtgetal zorgt voor een beter rendement, minder 'overshoot' (te warm worden) en een langere levensduur.  Een grotere buffer (maar niet overdrijven) is dus nog beter. 

 

 

Warmtepomp met parallelbuffer

 

Bovenstaand plaatje toont u de beste manier om een buffer aan te sluiten op de warmtepomp.

 

Een buffer is als het ware een leeg vat, waarin het cv-water (ook wel systeemwater genoemd) zit. Met een buffer bedoelen we dus niet het vat met warmtapwater (SWW). Dat vat noemen we in Nederland een boiler (in het Engels Hot Water Tank). In bovenstaand plaatje zit de tapwaterboiler ingebouwd in de mantel van de warmtepomp. De buffer dient voor het afgiftesysteem.
Ter verduidelijking: vloerverwarming, radiatoren en convectors zijn voorbeelden van een afgiftesysteem.

 

Stel dat u een installatie heeft die geheel is nageregeld met thermostatische afsluiters en u heeft geen buffervat.  Dan kan het afgifte systeem dichtlopen waardoor de warmtepomp haar warmte niet meer kwijt kan en versneld uit gaat. Deze zal dan meer starts en stops gaan maken dan nodig en dus een kortere levensduur krijgen.  Denkt u eens aan een auto die steeds vol gas vertrekt bij het stoplicht om even later bij het volgende stoplicht vol op de rem te gaan, enzovoorts.  Die auto verbruikt meer, en verslijt ook meer, dan een auto die rustig mee rijdt met de 'groene golf' van de stoplichten.

 

  • Bij een aan-uit compressor heeft de machine maar één vermogen, hij is aan en geeft het totale vermogen af, of hij is uit en geeft niets af. Het totale vermogen is dan bepalend.
  • Bij een modulerende warmtepomp, met inverter-gestuurde compressor, kan het vermogen toe- en afnemen gedurende het in bedrijf zijn.  Vaak zien we dat een compressor terug kan toeren tot bijvoorbeeld een kwart van het volvermogen (25 - 100%). Deze gegevens treft u in de technische informatie van het toestel. We mogen dan echter niet klakkeloos het kleinste vermogen van dat toestel als uitgangspunt voor een buffer gebruiken. Immers het terug moduleren neemt een bepaalde tijd in beslag (modulatietijd).  Om die reden bouwen we daarvoor een marge in van 2 minuten. 


Water inhoud per m² vloerverwarming (Vloerverwarming inhoudstabel uit de ISSO)

 

Noot: De voorbeelden ging uit van een delta T regeling van 7 °C : Dit is het verschil tussen aanvoer en retour temperatuur van het afgifte systeem, de aanvoer is bijvoorbeeld 35 °C en de retour 28 °C.  Dit is een gebruikelijke Delta T bij verwarming met een laagtemperatuursysteem.

 

Voorbeeld parallelbuffer met stromingen door de buffer.

flow richting in warmtepomp buffer

 

Bovenstaand een voorbeeld afbeelding van mogelijke waterstromen in een circuit.

 

A: De warmtepomp geeft hier 3 m³ / u  flow , de vloerverwarming is gedeeltelijk dicht gelopen en de afgiftepomp rechts doet op dit moment maar 1 m³ flow, hierdoor gaat de flow door de buffer van boven naar beneden.

B: De warmtepomp geeft op dit moment 2 m³ / u  flow , de vloerverwarming is verder open gelopen en de afgiftepomp rechts doet op dit moment 3 m³ flow, hierdoor gaat de flow nu van beneden naar boven door de buffer.

C: De warmtepomp biedt hier precies zoveel als dat het afgifte systeem wil. In de buffer gebeurt op dat moment niets.

 

De parallelbuffer zorgt er dus voor dat zowel de flow door de warmtepomp als door het afgiftesysteem onafhankelijk van elkaar kunnen werken. "De buffer fungeert als een hydraulisch nulpunt".


Verschillende manieren om een parallelbuffer aan te sluiten:

Warmtepomp parallel buffer opstellingen

  • Een warmtepomp heeft het beste rendement bij de laagste aanvoertemperatuur, om die reden wil je zo weinig mogelijk menging in het systeem hebben. Als de vloerverwarming 35ºC moet hebben hoeft de warmtepomp met buffer opstelling D en pompen die gelijke flow leveren ook maar 35ºC te leveren.  D is dus de beste opstelling.
  • Opstelling E is ook goed, maar de kans op menging van temperaturen is hier al groter, de retour gaat altijd door het buffer vat in deze opstelling.
  • Opstelling F, werd 'vroeger' altijd bij grote CV installaties gebruikt. Alle flow gaat door de buffer en hierdoor is er altijd menging. Omdat de aanvoertemperatuur bij een ketel (70 ºC bijvoorbeeld) minder afhankelijk was voor een goed rendement was dit prima. Bij een warmtepomp is dit de minst goede oplossing i.v.m. het rendement.  Bij deze opstelling kun je wel andere warmte in de buffer brengen bijvoorbeeld met een elektrisch element of (als er nog meer leidingen zijn) met een houtketel.
  • Opstelling G is bedoeld voor installaties waarbij je extra warmte in de buffer wil toevoegen. In dit voorbeeld met een elektrisch element. Als je 'bijverwarming' in het vat wil toevoegen moet de aanvoer natuurlijk altijd door het vat heen lopen, anders komt de warmte niet in het afgifte systeem terecht.

De beste buffer keuze:

Zonder bijverwarming in de tank, kies je optie D. 

Met bijverwarming in de tank, kies je optie G.

 

Parallel buffer warmtepomp

(foto: parallelbuffer rechts, links een combi-warmtepomp,  rechts op de voorgrond komt de bodembron binnen deze gaat achter de buffer naar de warmtepomp, boven de buffer de pomp richting afgifte systeem, wat weer links onder zit. )

 

Buffer in serie (serieel of schakelbuffer)  (minder goede keuze)

serie buffer warmtepomp

 

Een minder goede optie! Maar wordt in de praktijk ook wel gedaan.
Deze vorm staat ook bekend als schakelbuffer.

 

De warmtepomp wordt hierbij, t.o.v. een parallelbuffer, meer afhankelijk van het afgifte systeem.
Aan de andere kant bespaar je met een seriebuffer de aanschaf van een pomp en de verbruikskosten daarvan.

In de praktijk zien we dat deze optie veelal gekozen wordt bij een modulerende warmtepomp. Een warmtepomp die terug kan moduleren in vermogen dus.   Belangrijk bij een seriebuffer is de zogenaamde bypass ook wel overstroomventiel of druk geregelde doorlaat genoemd. Als de vloerverwarming is nageregeld en de klepjes dicht lopen moet de bypass open gaan en de flow doorlaten. Op die manier is de flow gegarandeerd en doet de buffer inhoud altijd mee. Een klein vermogen (terug in vermogen gelopen warmtepomp)  kan meestal wel door een bypass. Een groot vermogen door een bypass is lastig en soms zelfs niet mogelijk.  Met een parallelbuffer ontloop je het lastig inregelen van een bypass in de installatie. 
 

Onze voorkeur gaat dus uit naar de parallelbuffer.

 

Warmtepomp met serie buffer

(foto: een modulerende combiwarmtepomp voor verwarming en tapwater met seriebuffer, het witte vat).


De seriebuffer komt, als er geen bijverwarming in de tank is, in de retour van de installatie. Een buffer verliest wel eens waar maar een zeer geringe hoeveelheid warmte (uitstraling) maar omdat de retour kouder is dan de aanvoer zit hij daar dus net iets beter. Zodra je warmte in het vat wil toevoegen, bijvoorbeeld door een elektrisch element, moet de seriebuffer uiteraard in de aanvoer komen, de warmte wil je natuurlijk in de aanvoer richting afgiftesysteem toevoegen.

 

Eindconclusie: Plaats, voor hoog comfort en lange zorgeloze levensduur, een buffer parallel in een warmtepompinstallatie.

 

Energie bufferen in een watertank ?

Iemand stelde de volgende vraag:

Beste,

In mijn woning gebruik ik 1400 m³ gas per jaar voor verwarming en tapwater, ik kook al elektrisch.  Graag wil ik over naar een lucht/water warmtepomp die alleen overdag maximaal 6 uur draait,  in die tijd wil ik een buffer warm maken om te voorzien in 24 uur cv behoefte. Zodat mijn PV panelen overdag zoveel mogelijk energie kwijt kunnen.  Verder zag ik op mijn slimme meter dat op de koudste dag van het jaar 10m³ gas was gebruikt.  Ik heb op de koudste dag een aanvoertemperatuur van 50 ºC nodig op mijn radiatoren om mijn huis warm te houden.

 

In antwoord op bovenstaande vraag:

1400 m³ aardgas staat voor 1400 m³ x 8,8 (netto inhoud gas op bovenwaarde) = 12.320 kWh afgegeven energie.
Als we uitgaan van 1650 vollast uren per jaar, wat bij een cv-ketel installatie meestal als ‘kengetal’ wordt genomen wordt het normaliter te kiezen vermogen voor de warmtepomp (12.230 : 1650=) 7,4 kW 

 

Maar laten we voor bepaling van de buffer even van de 10m³ gas uitgaan die u op de koudste dag nodig had, dit geeft 10m³ gas x 8,8 kWh (netto energie inhoud) = 88 kWh nodig op de koudste dag (24 uur).

We houden de berekening enigszins simpel dus gaan we even niet in op nachtverlaging, opwarmtijd van de woning, warmteverlies van de buffer, etc.  Deze kunnen de berekening beïnvloeden. 

Die 88 kWh, nodig voor 24 uur warmte afgifte, wilt u dus in maximaal 6 uur (draaitijd per dag) aanmaken.  Dat betekend dus 88 kWh : 6 uur = 14,6 kW !  Dat wordt dan het vermogen van de warmtepomp die u moet plaatsen, wil dit kans van slagen hebben.

Stel dat de 88 kWh normaal geleidelijk over de gehele dag geleverd werden, dan werd er dus 88 kWh : 24 uur = 3,6 kW constant  geleverd. Gedurende de 6 uur dat de warmtepomp aan is, kunnen we die 3,6 kW al in de installatie stoppen. Die hoeven we niet te bufferen.  6 uur x 3,6 kW = 21,6 kWh.  Voor de overige uren moeten we dus bufferen. 88 kWh - 21,6 kWh = 66,4 kWh

 Als we een aanvoertemperatuur van minimaal 50ºC willen, en de warmtepomp kan (bijvoorbeeld) maximaal een aanvoertemperatuur van 60ºC maken dan kunnen we dus maximaal 10ºC bufferen, om op het eind niet onder de 50 ºC te komen.

We gebruiken nu de eenvoudige formule:  (liter x Delta T) : 860 = kWh 

Dit geeft:  liter x 10 ºC : 860 = 66,4 kWh (die wilde we bufferen) 


We verbuigen de formule nu iets, want delen door 860 gaf 66,4 kWh
We kunnen dus zeggen 66,4 kWh x 860 = 57104  (en die uitkomst is dus liter x 10) 

Dat maakt dat we uitkomen op een buffer van 5710,4 liter !   (5710,4 x 10) : 860 = 66,4 kWh

 

Ter controle kunnen we nog de algemeen bekende formule nemen:  q = m x c x delta T.

Het is bij rekenen soms handig om op meerdere manieren te kijken of het berekende juist is:
 

q (in kJ) = m (in kg) x c (in kJ/kg.k) x Delta t (in Kelvin)

q = Energie, dit moet in kJ en we weten dat 3600 kJ  gelijk is aan 1 kWh.  

q wordt dan 66,4 kWh x 3600 = 239040 kJ. 
m = massa (Dat wordt de inhoud van de buffer in kg, bij water afgerond gelijk te stellen aan liters)
c = soortelijke warmte van het materiaal (water is 4,187)
Delta t = temperatuur verschil (in ons geval nu 10 k (verschil in het vat van 60 ºC dat naar 50 ºC kan afkoelen)

We vullen nu in voor q = m x c x delta T:
239040 = m x 4,187 x 10    We hervormen naar 239040 : 41,87 = 5709 liter !  Nagenoeg gelijk dus aan de eerste uitkomst.

Om de wens van de 'vrager'  te vervullen is dus een vat van 5710 liter nodig !

Moraal: Als u in kortere tijd warmte voor de rest van de dag wil bufferen vergt dit al snel een heel groot buffervat.

 

Stel nu dat de bewoner overweegt om de radiatoren te vervangen voor vloerverwarming of laag temperatuur convectors en met een aanvoertemperatuur van 35ºC zijn huis kan verwarmen. Wat wordt dan de inhoud van de buffer in een verder ongewijzigde situatie ?  Het vermogen wat we nodig hebben blijft gelijk.  We moeten nog steeds 66,4 kWh bufferen aan energie. Stel dat we de buffer nog steeds naar 60 ºC brengen, dan kunnen we nu m.b.t. temperatuur werken met een delta T van 25 K. (De buffer mag afkoelen tot op het laatste 35 ºC / 60 - 35 = 25)

We vullen nu in voor q = m x c x delta T:
239040 kJ (de benodigde 66,4 kWh) = m x 4,187 x 25 (delta T)

We hervormen naar 239040 : 104,675 = 2283 liter !  wordt dan de bufferinhoud. 

 

Go to top

logo© Warmtepomp-tips.nl, maandag 5 december 2022

Pagina: - Een buffervat is eigenlijk onmisbaar in een warmtepomp installatie
Tags:buffer, vat, warmtepomp, buffervat, noodzaak, levensduur, compressor, circuit, parallel, serie.
Beschrijving: Het gebruik van een buffervat in een warmtepomp-installatie verlengt de levensduur van de compressor, bereken hier de benodigde inhoud en of het noodzakelijk is.