Debiet, Druk en ΔT in het afgiftesysteem

Een warmtepomp werkt met lagere temperaturen in het cv-water. Maar wat betekent dat voor de rest van de verwarmingsinstallatie? Kan je de aanvoertemperatuur van het afgiftesysteem zomaar verlagen of komt daar meer bij kijken?

De Drie D's

Hier spelen drie D's een rol:

1. Delta T (ΔT)

2. Debiet

3. Druk

Delta T

ΔT is het verschil tussen de aanvoer- en de retourtemperatuur in een verwarmingssysteem. Gasgestookte CV-systemen werken met een ΔT van 20°C in combinatie met een aanvoertemperatuur van 50 tot 70°C. Dat betekent dat de cv-water terugkomt met temperatuur van 70°C - 20°C = 50°C. Een warmtepomp is het meest efficient bij aanvoertemperaturen van 35°C tot 55°C bij een ΔT van 5 tot 7°C. Dat is dus veel lager dan bij gasgestookte cv-systemen.

Debiet

De kleinere ΔT waar de warmtepomp mee werkt betekent dat zo’n systeem per liter rondgepompt cv-water minder warmte aan het afgiftesysteem afgeeft. Om dat te compenseren moet er meer cv-water worden rondgepompt. De hoeveelheid cv-water dat rondgepompt wordt noemen we debiet, of flow.

Druk

De circulatiepomp in cv-ketel of warmtepomp moet zorgen voor voldoende debiet, zodat de juiste ΔT gehaald wordt. In de leidingen van het afgiftesysteem ontstaat meer weerstand als er meer cv-water moet worden rondgepompt. Bovendien varieert die weerstand, bijvoorbeeld doordat radiatorkranen worden dicht- of opengedraaid.

Voorbeeld:

Om het effect van een lagere ΔT en aanvoertemperatuur op het debiet te begrijpen, bekijken we eerst een paar basisbegrippen en formules. Het debiet (Q) in liters per uur (ltr/uur) in een verwarmingssysteem berekenen we met de formule:

Q= 3600 * P / (c * ΔT) waar:

• Q = Debiet (ltr/u)

• P = Vermogen (W)

• c = Specifieke warmtecapaciteit van water (ongeveer 4186 J/ltr/°C)

• ΔT = Temperatuurverschil tussen aanvoer en retour (°C)

Q = P/(4186 * ΔT)

Als ΔT daalt, zal het nodige debiet stijgen om dezelfde hoeveelheid energie (P) aan de ruimte te leveren. Dit komt doordat het product van debiet en temperatuurverschil direct gerelateerd is aan de energieoverdrachtscapaciteit van het systeem. Een lagere ΔT betekent dat het water minder warmte per volume-eenheid draagt, wat moet worden gecompenseerd door een hoger volume aan water te circuleren.

Stel, een installatie is ontworpen op een verwarmingscapaciteit van 8 kW en een oorspronkelijke ΔT van 20°C met een aanvoertemperatuur van 70°C. Als de ΔT verlaagd wordt naar 7°C met een aanvoertemperatuur van 55°C, berekenen we het benodigde debiet als volgt:

• Q(origineel) = 3600 * 8000 / (4186 * 20) = 344 ltr/uur

• Q(nieuw) = 3600 * 8000 / (4186 * 7) = 983 ltr/uur

Dit laat zien dat het debiet bijna drie keer zo hoog moet worden als de ΔT verlaagd wordt van 20°C naar 7°C.

Een te kleine ΔT is ook niet goed!

Om een warmtepomp efficiënt te laten werken mag de ΔT niet te groot zijn. Maar een té kleine ΔT (dus een te hoge retourtemperatuur) kan de compressor beschadigen. Het cv-water moet in het afgiftesysteem voldoende afkoelen om de minimale ΔT te bereiken. Daarom is het belangrijk dat het afgiftesysteem voldoende ‘groot’ is, zodat de warmtepomp zijn energie kwijt kan.

Cv-ketels minder gevoelig voor variaties in de retourtemperatuur. De noodzaak voor een constant debiet is minder kritisch. Daarom is het minder essentieel om het debiet zorgvuldig te regelen en een optimale ΔT te handhaven.

Arnold Bakker, Application Specialist Honeywell Home:

Een warmtepomp neem je om efficiënter met energie om te gaan. Om het beste rendement te behalen moet je naar het hele systeem kijken van de warmtepomp, het buffersysteem tot en met de radiatorkranen en vloerverwarmingsverdelers. In al die componenten zijn er efficientieverbeteringen te behalen.

Hoe weet ik of het afgiftesysteem voldoende groot is?

In veel warmtepompinstallaties verzorgt de ingebouwde circulatiepomp de waterdistributie over het afgiftesysteem. In deze situates is het belangrijk dat het minimale debiet van de warmtepomp altijd kan worden gerealiseerd, ook als er in het afgiftesysteem kranen worden dicht- of opengedraaid worden. Daarom monteren fabrikanten zware circulatiepompen die zelfs bij veel weerstand nog het benodigde debiet halen. Maar dat kan niet onbeperkt en daarom moet de vrije doorstroom van het afgifte systeem voldoende capaciteit hebben om het minimum debiet te realiseren én de ΔT te halen.

Voorbeeld:

Stel dat in de installatie van bovenstaand voorbeeld een 7,5 kW all-electric warmtepomp is opgenomen, die kan terug moduleren naar een minimumvermogen van 3,5 kW. Bij dat minimumvermogen heeft de warmtepomp volgens de fabrieksopgave een debiet [BA7] nodig van minimaal 800 ltr/uur.

Voor het gemak gaan we ervan uit dat de het hele afgiftesysteem beneden uit vloerverwarming bestaat met een 8-groeps pomploze verdeler. Het vloeroppervlak van de vloerverwarming is 75 m2. Elke groep in de vloerverwarming heeft een maximum debiet van ongeveer 120 ltr/uur. In totaal heeft de vloerverwarming dus 960 ltr/uur debiet. Dat is boven het minimum debiet van de warmtepomp en werkt dus, zolang alle groepen open staan.

Nu is de volgende vraag: kan de warmtepomp over de vloerverwarming ook zijn minimum vermogen kwijt? Daarbij hanteren we dat vloerverwarming ongeveer 50 W/m2 kan afgeven. In deze situatie is het maximum af te geven vermogen dus 75 * 50 = 3,75 kW. Ook dat is net voldoende voor het minimumvermogen van de warmtepomp. De combinatie van deze warmtepomp en dit afgiftesysteem zal geen problemen geven.

Wat moet ik doen als de berekening aantoont dat het niet kan?

Er kunnen verschillende situatie zijn waarin het minimaal vermogen en het minimaal debiet niet gehaald kunnen worden op het bestaande afgiftesysteem. Je zult de installatie dan moeten aanpassen of uitbreiden.

Als het vrije afgiftesysteem het minimum vermogen niet aankan

Dat probleem kan je oplossen door een (seriële) buffer te plaatsen. Daarmee vergroot je de inhoud van het afgiftesysteem en kan de warmtepomp binnen de gewenste inschakelduur dus méér warmte kwijt. Buffers heb je in verschillende groottes, dus je kan kiezen wat het beste past. Buffers worden eigenlijk altijd geadviseerd omdat ze ervoor zorgen dat de warmtepomp minder aan- en afschakelt en daardoor langer meegaat.

Als het vrije afgiftesysteem het debiet niet aankan

Dat kan je ook oplossen met een buffer. Maar die installeer je parallel aan je afgiftesysteem. Daarmee koppel je de warmtepomp los van het afgiftesysteem. Zo'n installatie wordt ook wel een ontkoppelingsbuffer of hydraulisch gescheiden systeem genoemd. Bij een parallel buffer verwarmt de warmtepomp alleen het buffervat. Daardoor kan de warmtepomp een optimale ΔT en een optimaal Debiet halen. Vervolgens neemt een aparte circulatiepomp de warmte uit het buffervat en pompt dit door de installatie. Het voordeel hiervan is dat deze tweede pomp vraaggestuurd op basis van drukverschil kan werken (net als in de CV-ketel) omdat er geen minimum debiet meer nodig is. Lees ook ons artikel over buffervaten.

Altijd doen: waterzijdig inregelen

In dit artikel lees je dat er veel verandert aan de drie D's: Druk, Debiet en ΔT, als je de CV-ketel vervangt voor een (hybride) warmtepomp. Dat betekent dat het afgiftesysteem op de warmtepomp moet worden afgesteld. Dit noemen we waterzijdig inregelen en is verplicht bij aanpassingen aan de verwarmingsinstallatie. Het zorgt ervoor dat het CV-water gelijkmatig verdeeld door de installatie stroomt, ook als er radiatorkranen dicht- of opengaan. Dat is belangrijk voor de efficiëntie en levensduur van de warmtepomp en het comfort in de woning. Lees hier meer over waterzijdig inregelen.