Eén warmtebron, twee afgiftepunten: Waarom wordt de vloerverwarming niet warm?

Wanneer al deze parameters samenwerken, kan de door de warmtepomp geproduceerde warmte daadwerkelijk de ruimtes bereiken waar deze nodig is.

In een lucht-water warmtepompsysteem dat zowel vloerverwarming als ventilatorconvectoren bedient, is een van de meest voorkomende klachten:

“De warmtepomp draait en het vertrekkende water is heet, maar de vloerverwarming kan de ruimtes nog steeds niet goed verwarmen.”

Bij het oplossen van dit probleem vermoeden velen onmiddellijk onvoldoende capaciteit van de warmtepomp.

De warmtepomp produceert echter mogelijk voldoende warmte.

Het werkelijke probleem kan veel eenvoudiger zijn:

Het hydraulische systeem circuleert onvoldoende water.

Onvoldoende waterstroming is een van de meest voorkomende hydraulische problemen in lucht-water warmtepomp- en vloerverwarmingssystemen. Het kan worden veroorzaakt door te kleine leidingen, een te grote drukval, te veel fittingen, slechte installatie, verkeerde pompselectie, onjuiste pompplaatsing of een ongeschikte systeemarchitectuur.

In Deel 5 van onze serie over het oplossen van problemen met 'Eén warmtebron, twee afgiftepunten', leggen we uit hoe onvoldoende systeemstroming de prestaties van vloerverwarming beïnvloedt en hoe ingenieurs het probleem moeten diagnosticeren.

1. Waarom waterstroming belangrijk is in een warmtepompsysteem

Een hydraulisch verwarmingssysteem transporteert warmte door circulerend water.

De basisrelatie is:

$$Q = dot{m} keer c_p keer Delta T$$

Waar:

• Q = warmteoverdrachtssnelheid

• ṁ = massastroom van water

• Cp = soortelijke warmtecapaciteit van water

• ΔT = temperatuurverschil tussen aanvoer- en retourwater

Voor praktische HVAC-berekeningen met water:

$$Q(kW) ongeveer 1.163 keer Flow(m³/u) keer Delta T(K)$$

Daarom:

$$Flow(m³/u)=frac{Q(kW)}{1.163timesDelta T(K)}$$

Deze vergelijking verklaart een belangrijk principe:

Verwarmingscapaciteit alleen garandeert geen warmtelevering. Het systeem moet ook zorgen voor voldoende waterstroming om die warmte naar de afgiftepunten te transporteren.

2. Een eenvoudig voorbeeld: 20 kW warmtepomp bij ΔT = 5°C

Stel dat een lucht-water warmtepomp levert:

20 kW verwarmingscapaciteit

met een ontworpen temperatuurverschil tussen aanvoer en retour van:

5°C

De vereiste stromingssnelheid is ongeveer:

$$Flow=frac{20}{1.163times5}$$ $$Flowongeveer3.44m³/u$$

Het hydraulische systeem moet dus ongeveer kunnen circuleren:

3.4 m³/h

onder de werkelijke systeemweerstand.

Als de leidingen en pomp slechts 2,0 m³/u kunnen leveren, kan het probleem niet simpelweg worden opgelost door te zeggen:

“De warmtepomp is 20 kW, dus dat zou voldoende moeten zijn.”

De warmte kan bij de bron worden gegenereerd, maar kan niet effectief naar de vloer worden getransporteerd.

3. Stromingssnelheid en pomphoogte zijn verschillend

Dit is een belangrijk onderscheid.

Bij het selecteren van een circulatiepomp moeten ingenieurs rekening houden met beide:

Stromingssnelheid

Hoeveel water moet er door het systeem circuleren.

Meestal uitgedrukt als:

• m³/h

• L/min

• L/s

Pomphoogte

Hoeveel hydraulische weerstand moet de pomp overwinnen bij die stromingssnelheid.

Meestal uitgedrukt als:

• meter waterkolom

• kPa

Een pomp kan theoretisch voldoende stroming leveren bij lage weerstand, maar de vereiste stroming niet bereiken zodra deze is aangesloten op het werkelijke systeem.

Daarom is het selecteren van een pomp alleen op basis van nominale stroming niet voldoende.

We moeten het vereiste werkpunt vinden op de:

Pompcourbe × Systeemweerstandscourbe

4. Leidingdiameter is een van de eerste dingen om te controleren

Een veelvoorkomend probleem is dat de hoofdverdeelleiding te klein is.

De installateur kan meerdere verdelers op één hoofdleiding aansluiten zonder te berekenen:

• totale ontwerpomvang;

• watersnelheid;

• drukverlies;

• gelijktijdige vraag;

• equivalente leidinglengte.

Naarmate de stroming toeneemt in een kleine leiding, neemt de watersnelheid toe.

Tegelijkertijd neemt de drukval snel toe.

Dit kan resulteren in:

Hoge weerstand → Verminderde stroming → Onvoldoende warmteoverdracht → Koude UFH-zones

Dit is met name belangrijk in grote huizen en meergezinswoningen.

5. Selecteer de hoofdleidingsmaat niet alleen op ervaring

Een installateur kan zeggen:

“We gebruiken normaal gesproken deze leidingmaat voor vloerverwarming.”

Dat is geen voldoende technische basis.

De dimensionering van de hoofdleiding moet gebaseerd zijn op de werkelijke hydraulische vereiste.

Een professionele berekening moet rekening houden met:

Vereiste verwarmingscapaciteit

Vereiste waterstroming

Ontwerp ΔT

Vereiste waterstroming

Leidingsmaat en isolatie

Vereiste waterstroming

Wanneer een kamer koud is, is het verhogen van de vertrekkende watertemperatuur van de warmtepomp vaak de eerste reactie.

Vereiste waterstroming

Watersnelheid

Vereiste waterstroming

Leidingswrijvingsverlies

Vereiste waterstroming

Fittingen en kranen

Vereiste waterstroming

Totale drukval

Vereiste waterstroming

Pompselectie

Het overslaan van deze berekeningen is een van de redenen waarom sommige systemen goed werken in kleine projecten, maar falen wanneer dezelfde installatiemethode wordt gekopieerd naar grotere gebouwen.

6. Leidinglengte is slechts een deel van de weerstand

Een veelvoorkomende fout is om alleen de rechte leidinglengte te berekenen.

Werkelijke systeemweerstand komt ook van:

• externe stromingsmeter;

• T-stukken;

• stroommeters op de verdeler;

• inregelapparatuur.

• terugslagkleppen;

• Vertrouw niet alleen op het aanraken van de leidingen.

• Stap 4 — Controleer de leidingdiameter

• buffertanks;

• regelkranen;

• verloopstukken;

• andere fittingen.

Deze componenten creëren lokale drukverliezenstroommeters op de verdeler;

Daarom:

$$V$$

erl

i

e

z

e

n

Totale drukval = Leidingwrijving + Lokale verliezen

• Ingenieurs zetten fittingen vaak om in een

• equivalente leidinglengte

• voor vereenvoudigde berekeningen.

• Een scherpe 90° bocht creëert bijvoorbeeld aanzienlijk meer weerstand dan een geleidelijke richtingsverandering.

Daarom moet een goed hydraulisch ontwerp onnodige fittingen en abrupte richtingsveranderingen vermijden.

• 7. Waarom te veel 90° bochten een probleem kunnen worden

• In werkelijke installaties volgt de leiding zelden een perfect rechte lijn.

• Maar elke onnodige bocht voegt weerstand toe.

• Indien mogelijk moet de leidingconfiguratie gebruikmaken van:

gladdere routing;

lange straal bochten;geschikte 45° fittingen;stroommeters op de verdeler;

Dit wordt steeds belangrijker wanneer:

de hoofdleiding relatief klein is;

de leiding lang is;de vereiste stroming hoog is;stroommeters op de verdeler;

Eén bocht alleen zal een goed ontworpen systeem normaal gesproken niet vernietigen.

Het probleem is

geaccumuleerd drukverlies in het gehele hydraulische circuit

.

8. PPR-leidinginstallatie kan verborgen beperkingen veroorzaken

• Zelfs als de ontworpen leidingdiameter op papier correct lijkt, kan de installatiekwaliteit de werkelijke hydraulische prestaties veranderen.

• Dit is met name relevant voor

• PPR-leidingen

• .

• Tijdens de warmtefusie-installatie kan overmatige inbrenging of slecht vakmanschap de interne doorstroming bij een verbinding gedeeltelijk verminderen.

Extern kan de leiding er volledig normaal uitzien.

Intern kan de effectieve diameter echter veel kleiner worden.

Dit creëert een verborgen beperking.

De symptomen kunnen zijn:

lage systeemstroming;

grote aanvoer/retour ΔT;

zwakke stroming bij verre verdelers;

slechte UFH-prestaties;

$$Aanvoertemperatuur: 42°C$$

Retourtemperatuur: 32°C

Dan:

Δ

T

Het primaire doel is om de beschikbare druk te verhogen wanneer de bestaande druk onvoldoende is voor de vereiste distributieconditie.

10

°

C

• Delta T=10°C

• Als het systeem was ontworpen voor ongeveer 5°C, kan deze grotere dan verwachte ΔT duiden op onvoldoende waterstroming.

• De relatie is rechttoe rechtaan:

• Voor een gegeven warmteoverdrachtssnelheid,

• Lagere stroming → Grotere ΔT

en:

Hogere stroming → Kleinere ΔT

Dit betekent niet dat elke grote ΔT automatisch een pomp-probleem is.

Het betekent dat ΔT moet worden onderzocht samen met:

• werkelijke stroming;

• vraag van de afgiftepunten;

• warmtepompvermogen;

• klepposities;

pompwerkpunt.

10. Lange distributieafstanden vergroten het probleem

Een andere veelvoorkomende situatie doet zich voor in grote villa's of commerciële gebouwen.

De warmtepomp en buffertank kunnen ver van de verwarmingsafgiftepunten worden geïnstalleerd.

Langere leidingen betekenen:

groter wrijvingsverlies;

meer fittingen;

meer warmteverlies;

hogere pomphoogte-eis.

Als de leidingen ook te klein zijn, wordt het effect veel erger.

Leidingisolatie moet ook in overweging worden genomen.

Een lange, on- of slecht geïsoleerde verwarmingsleiding kan een aanzienlijke hoeveelheid nuttige warmte verliezen voordat het water de vloerverwarmingsverdeler bereikt.

• Daarom moeten ingenieurs voor hydraulische systemen over lange afstanden zowel evalueren:

• Hydraulisch verlies + Thermisch verlies

• 11. Meergezinswoningen vereisen speciale aandacht

• Beschouw een villa met drie verdiepingen.

• Een veelvoorkomende opstelling is:

Warmtepomp → Buffertank → Hoofdverdeelleiding → Vloerverdelers

Als één centrale circulatiepomp alle verdiepingen tegelijkertijd moet bedienen, kan hydraulische balans moeilijk worden.

Het dichtstbijzijnde circuit kan te veel stroming ontvangen, terwijl verre circuits te weinig ontvangen.

Symptomen zijn onder meer:

eerste verdieping warm;

bovenste verdiepingen koud;

sommige verdelers met sterke stroming;

• andere met zwakke stroming;

• kamers die ongelijkmatig verwarmen.

• Het simpelweg installeren van een grotere pomp is niet altijd de beste oplossing.

• 12. Grotere pomp betekent niet automatisch betere verwarming

• Dit is een ander veelvoorkomend misverstand.

• Wanneer de vloer niet goed verwarmt, vervangen sommige installateurs onmiddellijk de circulatiepomp door een grotere.

Soms helpt dit.

Soms creëert het nieuwe problemen.

hydraulische stabiliteit;

overmatige watersnelheid;

hydraulisch geluid;

onnodig elektriciteitsverbruik;

klepgeluid;

slechte regelautoriteit;

hydraulische onbalans.

Het juiste doel is niet:

“Installeer de grootst mogelijke pomp.”

Het is:

Selecteer een pomp die de vereiste ontwerpomvang levert bij de berekende systeemweerstand.

13. Circulatiepomp versus boosterpomp

Deze twee concepten mogen niet worden verward.

Circulatiepomp

Het hoofddoel is om water rond een gesloten hydraulische lus te circuleren.

Boosterpomp

Het primaire doel is om de beschikbare druk te verhogen wanneer de bestaande druk onvoldoende is voor de vereiste distributieconditie.

In warmtepompsystemen moeten pompselectie en -plaatsing de werkelijke hydraulische architectuur volgen.

Het toevoegen van een pomp zonder het systeem te begrijpen, kan drukinteractie creëren in plaats van het probleem op te lossen.

14. Pompplaatsing is belangrijk

De installatiepositie van de pomp kan het systeemgedrag aanzienlijk beïnvloeden.

Als een buffertank bijvoorbeeld hydraulische scheiding biedt, moeten de warmtepompkant en de afgiftekant worden geanalyseerd als afzonderlijke hydraulische circuits.

Een typische opstelling kan zijn:

• Primair circuit

• Warmtepomp → Buffertank → Warmtepomp

• en:

• Secundair circuit

• Buffertank → Circulatiepomp → Vloerverwarming/Ventilatorconvectoren → Buffertank

• Dit is fundamenteel anders dan simpelweg meerdere pompen willekeurig in serie plaatsen.

Elke pomp moet een duidelijk gedefinieerde hydraulische verantwoordelijkheid hebben.frequent kortcyclisch bedrijf;Een correct ontworpen buffertank kan verschillende functies bieden:

hydraulische scheiding;

extra systeemwatervolume;

• stabielere warmtepompwerking;

• verminderd kortcyclisch bedrijf;

• eenvoudigere integratie van meerdere afgiftecircuits;

• verbeterde zoneregelingsflexibiliteit.

In een

systeem met één warmtebron en twee afgiftepunten

, kan de warmtepomp beide leveren:

Vloerverwarming + Ventilatorconvectoren

Deze twee typen afgiftepunten kunnen zeer verschillende hebben:

stromingsvereisten;

watertemperatuurvereisten;

regelingslogica;

bedrijfsschema's.

Hydraulische scheiding kan het systeem daarom gemakkelijker te regelen maken.

Echter:
Een buffertank compenseert geen verkeerde leidingafmetingen of een verkeerd geselecteerde circulatiepomp.
Elk circuit heeft nog steeds voldoende ontwerpomvang nodig.
16. Primair-secundaire systemen kunnen beter zijn voor grote projecten

Voor grotere villa's of projecten met meerdere zones kan een primair-secundaire hydraulische architectuur praktischer zijn.

Bijvoorbeeld:

Primaire zijde

• Warmtepomp → Buffertank

• Secundaire zijde

• Buffertank → Zonepomp 1 → Begane grond vloerverwarming

• Buffertank → Zonepomp 2 → Eerste verdieping vloerverwarming

• Buffertank → Zonepomp 3 → Tweede verdieping vloerverwarming

Buffertank → Apart circuit → Ventilatorconvectoren

Deze architectuur laat verschillende zones opereren volgens de vraag.

Als slechts één verdieping verwarming nodig heeft, is het niet nodig om de volledige ontwerpomvang door elk afgiftecircuit te forceren.

Dit kan verbeteren:

hydraulische stabiliteit;

zoneregeling;

comfort;

regeling;

pomp-efficiëntie.

17. Waarom pompen aan de retourzijde vaak worden gebruikt in secundaire UFH-circuits

In sommige secundaire vloerverwarmingsopstellingen is de circulatiepomp aan de retourzijde van het afgiftecircuit geïnstalleerd.

De exacte pompplaatsing moet altijd de hydraulische ontwerp, de aansluiting van het expansievat, de drukverhoudingen en de vereisten van de fabrikant volgen.

• alarmen;

• Het is:

• De pomp moet zo worden geplaatst dat het beoogde circuit stabiele differentiële druk en ontwerpomvang ontvangt zonder andere circuits te beïnvloeden.

• Dit is met name belangrijk wanneer meerdere pompen een buffertank of een gemeenschappelijke verdeelbuis delen.

• 18. Hydraulische balans is essentieel

• Zelfs met correcte leidingmaten en pompen kan een ongebalanceerd systeem nog steeds stromingsproblemen hebben.

Water volgt van nature het pad van de minste weerstand.

Daarom kunnen kortere circuits te veel stroming ontvangen, terwijl langere circuits te weinig ontvangen.Hydraulische balans kan omvatten:stroommeters op de verdeler;

balansventielen;

differentiële drukregeling;

pompen met variabele snelheid;

zonekleppen;

inregelafstellingen.

• Het doel is niet om elk circuit dezelfde stroming te laten ontvangen.

• Het doel is om elk circuit zijn

• ontwerpomvang

• te laten ontvangen.

• 19. Een praktische diagnosevolgorde

Wanneer een vloerverwarmingssysteem de temperatuur niet bereikt, verhoog dan niet onmiddellijk de instelling van de warmtepomp.

Een systematische diagnose is veel effectiever.

Stap 1 — Bevestig de warmtepomp-output

Controleer:

vertrekkende watertemperatuur;

• retourwatertemperatuur;

• bedrijfsfrequentie/capaciteit;

• alarmen;

• werkelijke verwarmingsvraag.

Stap 2 — Meet ΔT

Vergelijk de werkelijke aanvoer/retour ΔT met de ontwerptoestand.

Een ongebruikelijk hoge ΔT kan duiden op lage stroming.

Stap 3 — Controleer de werkelijke stroming

Gebruik:

• warmtepomp-stromingsgegevens;

• externe stromingsmeter;

• stroommeters op de verdeler;

• inregelapparatuur.

• Vertrouw niet alleen op het aanraken van de leidingen.

• Stap 4 — Controleer de leidingdiameter

• Verifieer of de hoofdverdeelleiding de vereiste totale stroming kan transporteren.

Stap 5 — Bereken de drukval

Inclusief:

• rechte leidingen;

• bochten;

• kranen;

• filters;

• verdelers;

• warmtewisselaars;

fittingen.

Stap 6 — Inspecteer de installatiekwaliteit

Kijk naar:

gedeeltelijk gesloten kranen;

verstopte filters;

PPR-fusiebeperkingen;

geknikte leidingen;

verkeerde aansluitingen;

luchtopsluitingen.

Stroming plotseling verminderd

Verstopping/beperking

Filter, kranen, PPR-verbindingen

Hoog pomp geluid

Overmatige snelheid

Vereiste waterstroming

Lange leiding verliest prestaties

Vereiste waterstroming

Leidingsmaat en isolatie

Vereiste waterstroming

Wanneer een kamer koud is, is het verhogen van de vertrekkende watertemperatuur van de warmtepomp vaak de eerste reactie.

Vereiste waterstroming

Een betere diagnosevolgorde is:

Vereiste waterstroming

↓

Vereiste waterstroming

↓

Vereiste waterstroming

↓

Leidingsdiameter

↓

Systeem drukval

↓

Pomp werkpunt

• ↓

• Hydraulische balans

• ↓

• Afgifte warmteafgifte

• Pas nadat deze parameters zijn geverifieerd, moeten we overwegen de watertemperatuur te verhogen.

• 22. Waarom correcte stroming ook de efficiëntie van de warmtepomp verbetert

• Hydraulisch ontwerp beïnvloedt meer dan comfort.

Het beïnvloedt ook de prestaties van de warmtepomp.

Onvoldoende stroming kan bijdragen aan:

instabiele vertrekkende watertemperatuur;

overmatige ΔT;

verminderde warmteoverdracht;frequent kortcyclisch bedrijf;hoogdrukbeveiliging onder bepaalde omstandigheden;

slechte ontdooirecuperatie;

verminderde seizoensgebonden efficiëntie.

Overmatige drukvalHet is onderdeel van een compleet hydraulisch systeem.

Overmatige drukvalLaatste technische conclusie

Overmatige drukvalsysteem met één warmtebron en twee afgiftepunten

Overmatige drukvalDe grondoorzaak kan zijn:

Overmatige drukval→

Overmatige drukval→

Onvoldoende pomphoogte

→

Slechte hydraulische balans

→

Onvoldoende afgifte-stroming

→ Onvoldoende warmteoverdracht→

Ruimte kan de ingestelde temperatuur niet bereiken
De oplossing is niet simpelweg een grotere warmtepomp of een grotere circulatiepomp.
De juiste aanpak is om het gehele systeem te behandelen als een hydraulisch netwerk en te berekenen:
Capaciteit + ΔT + Stroming + Leidingmaat + Drukval + Pomphoogte + Balans
Wanneer al deze parameters samenwerken, kan de door de warmtepomp geproduceerde warmte daadwerkelijk de ruimtes bereiken waar deze nodig is.

Eén warmtebron, twee afgiftepunten — Serie voor probleemoplossing

Dit artikel is