Hoe stap voor stap de juiste warmtepomp selecteren
Warmtepompen worden vandaag vaak groter gedimensioneerd dan nodig
Een performante warmtepompinstallatie begint bij een goed ontwerp. Daarbij moeten warmteopwekker, distributiesysteem, afgiftesysteem en regeling op elkaar worden afgestemd om comfort, energieprestaties en een betrouwbare werking te garanderen. Vooral bij renovaties vormt dit vaak een uitdaging. In deze vierdelige artikelreeks overlopen we de belangrijkste ontwerpstappen voor installateurs. Dit eerste deel behandelt de selectie van de warmteopwekker.
Bepalen van het warmteverlies
Een goede installatie begint met een gefundeerde selectie van de warmtepomp. Hiervoor moeten het benodigde vermogen, de energiebron en de belangrijkste ontwerpvoorwaarden zoals aanvoertemperaturen zorgvuldig worden vastgelegd.
De dimensionering van een warmtepomp start met een inschatting van het warmteverlies. In de praktijk zijn hiervoor verschillende methodes beschikbaar:
- Warmteverliesberekening volgens NBN EN 12831
- EPC-gegevens
- Verbruiksgegevens
- Inschatting op basis van vuistregels
Op basis van een warmteverliesberekening volgens NBN EN 12831
De warmteverliesberekening volgens de norm blijft de meest onderbouwde methode en vormt de veilige referentie voor installateurs. De berekening houdt rekening met alle relevante gebouwkenmerken en garandeert dat het comfort ook tijdens de koudste winterdagen behouden blijft.
Bij bestaande woningen vraagt een dergelijke berekening echter heel wat invoergegevens en is het vaak heel tijdrovend. Bovendien hangt de nauwkeurigheid van het resultaat sterk af van de beschikbare informatie en de interpretatie van de werkelijke toestand van het gebouw. Zo is bijvoorbeeld de effectieve luchtdichtheid van een bestaande woning moeilijk nauwkeurig in te schatten zonder metingen. Ook de werkelijke isolatietoestand of de kwaliteit van aansluitdetails kan afwijken van wat op basis van plannen, EPC-gegevens of visuele inspectie wordt aangenomen. Omdat gerekend wordt met ontwerpomstandigheden die slechts beperkt voorkomen, ligt het berekende vermogen vaak hoger dan de warmtevraag die gedurende het grootste deel van het jaar voorkomt.
Met behulp van EPC-gegevens of verbruiksgegevens
Wanneer een volledige warmteverliesberekening niet beschikbaar is, kunnen EPC-gegevens of verbruiksgegevens een bruikbare eerste inschatting geven. Het is dan wel belangrijk om de resultaten kritisch te interpreteren. De gebruikte aannames en gestandaardiseerde gegevens kunnen ervoor zorgen dat het berekende warmteverlies afwijkt van een warmteverliesberekening volgens de norm. De afwijking kan zowel een over- als onderschatting zijn en is onder meer afhankelijk van het type woning.
Het werkelijke energieverbruik kan een waardevolle indicatie geven van de warmtevraag van een woning. Het verbruik wordt wel sterk beïnvloed door het bewonersgedrag en de manier waarop de woning wordt verwarmd. Zo spelen onder meer de gewenste binnentemperatuur, het gebruik van een dag- en nachtregime, de periode waarover het verbruik wordt geanalyseerd en de weersomstandigheden in dat jaar een belangrijke rol.
Hierdoor ligt het vermogen dat op basis van het gemeten verbruik wordt afgeleid vaak lager dan het vermogen dat nodig is om de woning onder de ontwerpomstandigheden te verwarmen.
Om het werkelijke verbruik bruikbaar te maken voor de dimensionering, moet het daarom worden gecorrigeerd voor onder meer het klimaatjaar en de verwarmingscondities.
De verschillen tussen de verschillende methodes worden duidelijk wanneer ze worden toegepast op bestaande woningen. De praktijkcases in Afb. 2 tonen dat het berekende warmteverlies sterk kan verschillen naargelang de gebruikte methode. Daarnaast tonen ze ook aan dat er geen vaste correctiefactor kan worden toegepast om de ene methode naar de andere te vertalen.
Wat leert de praktijk?
De grootste ontwerpfout ontstaat vaak niet door de gekozen berekeningsmethode, maar door de interpretatie van het resultaat. Praktijkmetingen tonen aan dat het ontwerpvermogen slechts gedurende een beperkt aantal uren per jaar gevraagd wordt. Tijdens het grootste deel van het stookseizoen ligt de warmtevraag aanzienlijk lager.
Daardoor worden warmtepompen vandaag regelmatig groter gekozen dan nodig. In veel situaties blijkt een warmteopwekker die geselecteerd wordt op ongeveer 80% van het berekende ontwerpvermogen nog steeds perfect in staat om de woning comfortabel te verwarmen.
Er kan zelfs bewust gekozen worden voor een warmtepomp met een kleiner vermogen. Tijdens enkele uitzonderlijk koude dagen zal de elektrische weerstand dan tijdelijk bijspringen. Daar is technisch niets mis mee, zolang hierover vooraf duidelijke afspraken worden gemaakt met de klant. De lagere investeringskost compenseert in veel gevallen het beperkte extra elektriciteitsverbruik van de weerstand.
Bij de uiteindelijke selectie van een warmtepomp moet bovendien niet alleen rekening worden gehouden met de ruimteverwarming, maar ook met de productie van sanitair warm water en het beschikbare vermogen bij de heersende bron- en afgiftetemperaturen. Hiervoor kan gebruikgemaakt worden van de rekentool van het Expertisecentrum Energie Tools | Thomas More.
Wanneer het vereiste vermogen gekend is en een geschikte warmtepomp is geselecteerd, kan een keuze worden gemaakt voor de energiebron. Deze keuze heeft niet alleen een invloed op het rendement van de installatie, maar ook op de plaatsingsmogelijkheden en de verdere uitwerking van het ontwerp.
Ontwerpgegevens voor de volgende stap
Wanneer de warmtepomp is geselecteerd, zijn een aantal belangrijke toestelgegevens bekend. De afmetingen van de warmtepomp, het gebruikte koudemiddel en de koudemiddelvulling bepalen in belangrijke mate de plaatsingsmogelijkheden. Ook de elektrische gegevens, zoals de aansluitspanning en nominale stroom, zijn belangrijk om de elektrische installatie correct op de warmtepomp af te stemmen.
Voor het verdere ontwerp van de verwarmingsinstallatie zijn vooral drie hydraulische parameters van belang:
- Ontwerpdebiet: Het ontwerpdebiet is het debiet dat nodig is om het volledige thermische vermogen van de warmtepomp met een kleine DT over te dragen. Dit debiet is bepalend voor de correcte dimensionering van de leidingen en de selectie van toebehoren, zoals filters en ontluchters.
- Minimumdebiet: Om de koeltechnische cyclus correct te laten functioneren, moet er steeds een minimumdebiet door de condensor stromen. Wanneer dit minimumdebiet niet wordt gehaald, zal de condensordruk en persgastemperatuur oplopen. De warmtepomp zal in dat geval uitschakelen om schade aan de compressor te voorkomen. Dit pendelgedrag heeft een grote invloed op het rendement en de levensduur van de warmtepomp.
Het minimumdebiet moet daarom gekend zijn om te bepalen hoeveel afgifte-elementen permanent van voldoende debiet moeten worden voorzien en dus niet mogen worden afgesloten door bijvoorbeeld thermostatische radiatorventielen. Kan het minimumdebiet door de afgifte-installatie niet gegarandeerd worden, dan is het nodig om een buffervat te plaatsen. Wanneer het buffervat in serie in de retourleiding wordt geplaatst, zijn zowel dit minimumdebiet als de restopvoerhoogte van de circulatiepomp nodig om het bypassventiel juist in te stellen. - Restopvoerhoogte van de interne circulatiepomp: Het debiet dat effectief door de installatie stroomt wordt bepaald door de drukverliezen en de pompkarakteristiek. Om te bepalen welke drukverliezen regelkleppen en andere componenten mogen hebben, of welke Kv-waarde moet worden ingesteld, is het daarom belangrijk om rekening te houden met de pompkarakteristiek van de circulatiepomp. Dit wordt verder besproken in het laatste artikel van deze artikelreeks.
ARTIKELREEKS
Deel 1: De juiste warmtepomp kiezen
Deel 2: Welke afgiftesystemen zijn geschikt?
Deel 3: Correcte warmteverdeling waarborgen
Deel 4: De warmtepompinstallatie optimaal inregelen