De rol van de circulatiepomp in het verwarmingssysteem [CONCEPT]

Dit artikel is nog in concept en staat open voor review. Opmerkingen en aanvullingen zijn van harte welkom via paul@hoomie.online

In elk verwarmingssysteem is de circulatiepomp het hart dat ervoor zorgt dat verwarmd water van de warmtebron (zoals een cv-ketel of warmtepomp) naar het afgiftesysteem (zoals radiatoren of vloerverwarming) en weer terug wordt getransporteerd. Deze pompen zijn ontworpen om een constante doorstroming van het CV water te garanderen zodat er een efficiënte warmteoverdracht en een gelijkmatige warmteverdeling binnen de woning plaatsvindt.

De Drie D's

Om te begrijpen hoe dat werkt, en vooral wat de verschillen zijn tussen een gasgestookte CV-installatie en een warmtepomp, zetten we eerst de drie D's op een rij:

1. Druk

2. Debiet

3. ΔT (Delta T)

Druk

Druk, ook wel opvoerhoogte genoemd, geeft aan welke weerstand de pomp kan overwinnen om het water door het systeem te bewegen. Opvoerhoogte is een eenheid voor hydrostatische druk uitgedrukt in meter waterkolom. 1 meter waterkolom is de hydrostatische druk van 100 Mbar of 0,1 bar. Opvoerhoogte heeft dus niet te maken met de hoogte van de installatie waarin het water circuleert.

Debiet

Debiet, ook wel flow of volumestroom genoemd, is de hoeveelheid water die per tijdseenheid verplaatst wordt. Debiet drukken we uit in liters per uur. Het afgiftesysteem heeft een bepaald debiet, waarop het optimaal werkt. Het debiet van het afgiftesysteem moet aansluiten op het debiet dat de circulatiepomp kan leveren.

Druk en debiet bepalen samen de prestaties van de pomp in het systeem.

ΔT (Delta T)

ΔT is het verschil tussen de aanvoer- en de retourtemperatuur in een verwarmingssysteem. Dit verschil is cruciaal voor de efficiëntie van het systeem omdat het direct de hoeveelheid warmte aangeeft die aan de ruimte wordt afgegeven. Een grotere ΔT betekent dat het systeem effectief warmte aan de omgeving afgeeft, terwijl een kleinere ΔT kan duiden op een problemen in het afgiftesysteem, zoals onderdimensionering van radiatoren of onvoldoende circulatie.

Gasgestookte CV-systemen werken vaak op een ΔT van 20°C bij een aanvoertemperatuur van 70°C. Dat betekent dat de cv-water terugkomt met temperatuur van 70°C - 20°C = 50°C. Warmtepompen werken met lagere aanvoertemperaturen van 35°C tot 55°C en een lagere ΔT.

Het effect van ΔT op het debiet

Het debiet, de hoeveelheid water die per tijdseenheid door het systeem stroomt, moet nauwkeurig worden gereguleerd om een optimale ΔT te handhaven. Als het debiet te hoog is, kan de ΔT te laag worden, wat betekent dat het water te snel door het systeem circuleert om voldoende warmte af te geven. Is het debiet te laag, dan kan de ΔT te hoog worden, wat leidt tot inefficiënties en zelfs schade aan het systeem door te hoge temperaturen.

Een berekening ter illustratie

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 heeft een verwarmingsbehoefte van 10 kW en een oorspronkelijke ΔT van 20°C met een aanvoertemperatuur van 70°C. Als de ΔT verlaagd wordt naar 10°C met een aanvoertemperatuur van 55°C, berekenen we het benodigde debiet als volgt:

• Q(origineel) = 3600 * 10000 / (4186 * 20) = 430 ltr/uur

• Q(nieuw) = 3600 * 10000 / (4186 * 10) = 860 ltr/uur

Dit laat zien dat het debiet moet verdubbelen om dezelfde hoeveelheid energie te leveren bij een halvering van de ΔT.

De verschillen tussen een cv-gestookt systeem en een warmtepomp.

Bij een warmtepomp is het controleren van de ΔT, dus de temperatuur van het terugkerende water, belangrijk. Een te hoge retourtemperatuur (te kleine ΔT) kan de compressor beschadigen. Maar een te grote ΔT verlaagt de efficiëntie (COP) van de warmtepomp. Daarom is het essentieel om het debiet zorgvuldig te regelen om een optimale ΔT te handhaven. Dit wordt vaak gerealiseerd door een debietgestuurde pomp die zorgt voor een constante stroom, onafhankelijk van drukveranderingen in het systeem.

Hoewel een optimale ΔT nog steeds belangrijk is voor efficiëntie, zijn gasgestookte systemen minder gevoelig voor variaties in de retourtemperatuur. De noodzaak voor een constant debiet is minder kritisch, waardoor er meer flexibiliteit is in de keuze en instelling van de pomp. Drukgestuurde pompen worden vaak gebruikt in deze systemen omdat ze de flexibiliteit bieden om het debiet aan te passen aan de veranderende vraag zonder dat dit een direct risico vormt voor de componenten van het systeem.

Wat betekent dat voor de circulatiepomp?

In (hybride) warmtepompinstallaties zonder buffer of met een seriële buffer 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. Daarom monteert de fabrikant zware circulatiepompen die zelfs bij veel weerstand in het afgiftesysteem 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 Delta T te halen.

Een berekening ter illustratie

Stel dat in de installatie van bovenstaand voorbeeld een 9 kW warmtepomp is opgenomen, die kan terugmoduleren naar een minimum vermogen van 3,5 kW. Bij dat minimum vermogen heeft de warmtepomp een debiet nodig van minimaal 800 ltr/uur.

Het afgiftesysteem bestaat uit een vloerverwarmingsverdeler met 8 groepen beneden en radiatoren met thermostaatkranen boven. 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 minimum vermogen 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 het afgiftesysteem en kan de warmtepomp 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 mee gaat.

Als het vrije afgifteysteem 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 genoemd. Bij een parallele 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 drukgestuurd 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 door de installatie stroomt, ook als er radiatorkranen dicht- of open gaan. Dat is belangrijk voor de efficiëntie en levensduur van de installatie en het comfort in de woning. Over waterzijdig inregelen publiceren we binnenkort een apart artikel.

Dit artikel is nog in concept en staat open voor review. Opmerkingen en aanvullingen zijn van harte welkom via paul@hoomie.online