Een traditionele gas-, olie- of elektrische boiler vervangen door eenlucht-water warmtepompwordt steeds gebruikelijker bij renovatieprojecten van woningen, commerciële gebouwen en openbare gebouwen.
Een succesvolle retrofit is echter niet simpelweg:
Verwijder de ketel → installeer een warmtepomp → sluit de bestaande leidingen aan.
Een warmtepomp en een boiler werken onder zeer verschillende hydraulische en temperatuuromstandigheden.
Normaal gesproken kan een ketel relatief hoge watertemperaturen leveren met een relatief groot temperatuurverschil tussen aanvoer- en retourwater. Een warmtepomp daarentegen bereikt normaal gesproken het beste rendement bij het leveren van water op een lagere temperatuur met een zorgvuldig gecontroleerde waterstroom.
Dit betekent dat ingenieurs, voordat ze een ketel vervangen, een aantal belangrijke vragen moeten beantwoorden:
Wat is de werkelijke verwarmings- en koellast van het gebouw?
Welk vermogen moet de warmtepomp leveren bij de ontwerpbuitentemperatuur?
Kunnen de bestaande ventilatorconvectoren, radiatoren of vloerverwarming op de nieuwe watertemperaturen werken?
Kunnen de bestaande leidingen voldoende waterdoorstroming bieden?
Is de bestaande circulatiepomp geschikt?
Is er een hydraulische scheiding, een buffertank of een secundair circuit nodig?
Het begrijpen van deze vragen is de sleutel tot een betrouwbare retrofit van ketel naar warmtepomp.
Een van de meest voorkomende fouten bij het retrofitten van warmtepompen is het selecteren van een nieuwe warmtepomp op basis van de capaciteit die op het typeplaatje van de bestaande ketel staat vermeld.
Bijvoorbeeld:
Bestaand ketelvermogen = 100 kW
Installeer daarom een warmtepomp van 100 kW.
Deze aanpak kan ernstig misleidend zijn.
Traditionele ketels zijn vaak te groot en hun nominale capaciteit vertegenwoordigt niet noodzakelijkerwijs de werkelijke piekvraag naar verwarming van het gebouw.
Het juiste uitgangspunt is dus deontwerp verwarmingsbelasting.
Bij projecten waarbij koeling nodig is, moet tevens de ontwerpkoelbelasting worden berekend.
Voor een vereenvoudigde voorlopige schatting kan gebruik worden gemaakt van:
Waar:
Q= geschatte gebouwbelasting, W
A= geconditioneerde vloeroppervlakte, m²
Q= geschatte eenheidsbelasting, W/m²
Als een gebouw van 10.000 m² bijvoorbeeld een geschatte verwarmingsbelasting van 70 W/m² heeft:
Daarom:
W/m²-waarden mogen echter alleen worden gebruikt voorvoorlopige schatting.
De definitieve keuze voor een warmtepomp moet bij voorkeur gebaseerd zijn op een goede berekening van het warmteverlies/warmtewinst in het gebouw, waarbij rekening wordt gehouden met isolatie, beglazing, ventilatie/infiltratie, bezettingsgraad, interne winst, ontwerpbuitentemperatuur en de vereiste binnentemperatuur.
Dit is vooral belangrijk voor lucht-waterwarmtepompen.
Een warmtepomp die wordt geadverteerd als “20 kW-warmtepomp” levert niet noodzakelijkerwijs 20 kW onder alle buitenomstandigheden.
Naarmate de buitenluchttemperatuur daalt, kunnen de beschikbare verwarmingscapaciteit en COP van een lucht-waterwarmtepomp aanzienlijk veranderen.
Daarom mogen ingenieurs geen apparatuur selecteren die alleen gebaseerd is op nominale omstandigheden, zoals:
A7/W35
In plaats daarvan moet de capaciteit worden getoetst aan de daadwerkelijke ontwerpvoorwaarden van het project, bijvoorbeeld:
A7/W35
A2/W35
A−7/W35
A−15/W45
A−20/W55
afhankelijk van klimaat en toepassing.
Het juiste principe is:
tenzij het systeem opzettelijk is ontworpen als eenbivalent systeemmet extra verwarming.
Voor projecten in een koud klimaat is het verwarmingsvermogen op lage temperatuur daarom vaak belangrijker dan de nominale kW die in een catalogus staat.
Voor omkeerbare lucht-water-warmtepompsystemen rijst een andere vraag:
Moeten we de warmtepomp dimensioneren op basis van verwarmingsbelasting of koelbelasting?
Het antwoord hangt af van het klimaat.
In een koud klimaat is de verwarmingsbelasting meestal dominant.
De warmtepomp wordt daarom normaal gesproken geselecteerd op basis van deontwerpverwarmingsbelasting in de winter, na controle van de verwarmingscapaciteit bij lage omgevingstemperaturen.
De zomerkoelcapaciteit kan dan automatisch voldoende zijn.
De situatie kan anders zijn in klimaten met zowel een aanzienlijke vraag naar verwarming als naar koeling.
Stel dat een bedrijfsgebouw:
Maar:
Het dimensioneren van de hele warmtepompinstallatie voor 1.500 kW, simpelweg vanwege de koelpiek, kan een te groot verwarmingssysteem opleveren.
Een mogelijke technische oplossing is een hybride fabriek:
Lucht-water warmtepompen → basisverwarming + gedeeltelijke koeling
plus
Chiller → aanvullende piekkoeling
Dit kan zorgen voor een betere benutting van de apparatuur en een flexibelere werking van de fabriek.
De exacte configuratie moet worden bepaald door belastingsprofielen, klimaat, bedrijfsuren, elektriciteitstarieven, redundantievereisten en levenscycluskosten, en niet alleen door piekcapaciteit.
Bij veel ketelvervangingsprojecten bevat het gebouw al hydronische ventilatorconvectoren.
Het goede nieuws is:
Bestaande fancoils hoeven niet automatisch vervangen te worden.
Maar hun prestaties moeten worden geverifieerd bij de nieuwe bedrijfstemperaturen.
De capaciteit van de ventilatorconvector hangt sterk af van het temperatuurverschil tussen het water dat de spoel binnenkomt en de kamerlucht. Daarom vermindert het verlagen van de watertemperatuur over het algemeen de verwarmingsopbrengst. Waar mogelijk moeten prestatietabellen van fabrikanten worden gebruikt. (Caleffi Spa)
Een ventilatorconvector is bijvoorbeeld oorspronkelijk ontworpen rond:
Ketelsysteem
70°C aanvoer / 60°C retour
kan aanzienlijk minder warmte leveren bij gebruik bij:
Warmtepompsysteem
45°C aanvoer / 40°C retour.
De juiste vraag is dus niet:
“Kan een fancoil werken met water van 45°C?”
Het is:
“Kan deze ventilatorconvector de vereiste ruimteverwarmingscapaciteit leveren bij water van 45°C onder de werkelijke luchtstroom- en waterstroomomstandigheden?”
Dat onderscheid is uiterst belangrijk.
Fancoilsystemen hebben één groot voordeel bij retrofitprojecten voor warmtepompen:
Dezelfde terminal kan doorgaans zowel verwarming als koeling leveren.
Tijdens de winter:
Lucht-warmtepomp → warm water → ventilatorconvector → ruimteverwarming
Tijdens de zomer:
Lucht-warmtepomp → gekoeld water → ventilatorconvector → ruimtekoeling
Dit maakt ventilatorconvectoren bijzonder aantrekkelijk voor hotels, kantoren, scholen, appartementen en commerciële gebouwen die het hele jaar door HVAC vereisen.
Wanneer er echter gekoeld water wordt gebruikt, moeten de ventilatorconvector en het leidingsysteem ook zijn ontworpen voor condensbeheersing, inclusief passende isolatie en condensafvoer.
Moderne hydronische ontwerprichtlijnen erkennen ook ventilatorconvectoren als nuttige warmteafgevers voor lucht-water-warmtepompen, vooral wanneer ze zijn ontworpen met voldoende grote warmtewisselaaroppervlakken voor lagere watertemperaturen. (Caleffi Spa)
Niet noodzakelijkerwijs.
De fundamentele relatie die de warmteoverdracht in een hydronisch circuit regelt, is:
Waar:
Q= warmteoverdrachtssnelheid
M= watermassadebiet
CP= soortelijke warmtecapaciteit
AT= temperatuurverschil aanvoer-retourwater
Deze vergelijking verklaart een van de belangrijkste verschillen tussen hydronische systemen met ketel en warmtepomp.
Voor dezelfde warmteoverdrachtssnelheid:
Naarmate het ontwerp AT kleiner wordt, wordt de vereiste waterstroom groter. (Caleffi Spa)
Denk eens aan een eenvoudig voorbeeld.
Een systeem moet het volgende overbrengen:
Voor water is een handige metrische benadering:
Daarom:
Dus ΔT verlagen van ongeveer 10°C naar ongeveer 5°Cverdubbelt de benodigde waterstroom.
Daarom kan het vervangen van een ketel door een warmtepomp hydraulische problemen veroorzaken, zelfs als de verwarmingscapaciteit correct is berekend.
Het kan zijn dat de bestaande leiding simpelweg te klein is voor het benodigde warmtepompdebiet.
Een veel voorkomende reactie is:
“Als het debiet te laag is, installeer dan gewoon een grotere circulatiepomp.”
Soms werkt dit.
Soms creëert het een ander probleem.
Het vergroten van de pompopvoerhoogte kan niet voor onbepaalde tijd ondermaats leidingwerk compenseren. Een te hoge snelheid kan resulteren in:
verhoogde drukval;
hoger elektriciteitsverbruik van de pomp;
stromingsgeluid;
klepgeluid;
erosierisico;
slechte hydraulische balancering;
onvoldoende doorstroming bij verre takken.
De juiste procedure is daarom:
Vereiste thermische capaciteit → vereiste waterstroom → drukval in de leiding → beschikbare pompkop → selectie circulatiepomp
in plaats van de pomp onafhankelijk te selecteren.
Het vervangen van alle bestaande hydronische leidingen kan een retrofit extreem duur en ontwrichtend maken.
Daarom moeten ingenieurs eerst onderzoeken of het bestaande netwerk nog steeds kan worden gebruikt.
Rekening:
diameter hoofdleiding;
diameter van de aftakleiding;
pijplengte;
fittingen en klepdrukverlies;
bestaande pompcurve;
beschikbaar drukverschil;
vereist warmtepompdebiet;
toegestane watersnelheid;
hydraulische balans.
Als het bestaande leidingwerk de vereiste stroom met een acceptabel drukverlies en aanvaardbare snelheid kan transporteren, is er mogelijk geen reden om het te vervangen.
Dit is een van de grootste mogelijkheden om de retrofitkosten te verlagen.
Bestaande hydronische vloerverwarming kan vaak nog geschikter zijn voor warmtepompen dan conventionele radiatoren.
Waarom?
Omdat vloerverwarming een zeer groot warmteafgevend oppervlak gebruikt.
Dankzij een groter warmteoverdrachtsoppervlak kan het gebouw worden verwarmd met relatief lage watertemperaturen.
Dat is precies waar een warmtepomp de voorkeur aan geeft.
Moderne ontwerprichtlijnen voor warmtepompen identificeren goed ontworpen vloerverwarming als bijzonder geschikt voor lucht-water-warmtepompen, omdat deze de vereiste warmteafgifte in de ruimte kan leveren bij relatief lage aanvoerwatertemperaturen, waardoor de efficiëntie van de warmtepomp wordt verbeterd. (Caleffi Spa)
Typische verwarming op lage temperatuur kan zich voordoen in de volgende gevallen:
30–35°C toevoerwater
of
35–40°C toevoerwater
afhankelijk van de bouwbelasting, vloerconstructie, leidingafstand, vloerbedekking en buitenomstandigheden.
De werkelijke ontwerptemperatuur moet altijd worden berekend en niet worden aangenomen.
Mogelijk is het bestaande vloerverwarmingscircuit ontworpen voor een groter aanvoer-retourtemperatuurverschil dan de warmtepomp nodig heeft.
Stel dat het oude vloercircuit werkt op:
maar de warmtepomp heeft ongeveer het volgende nodig:
Voor hetzelfde verwarmingsvermogen heeft de warmtepompzijde ongeveer het dubbele waterdebiet nodig.
Dit kan een mismatch creëren tussen:
Vereist debiet warmtepomp
En
bestaande UFH-circuitstroomcapaciteit.
Dit betekent niet automatisch dat alle vloerverwarmingsleidingen vervangen moeten worden.
In plaats daarvan moet het hydraulische systeem correct opnieuw worden ontworpen.
Een effectieve oplossing is om het warmtepompcircuit hydraulisch te scheiden van het distributiecircuit van het gebouw.
Een typische opstelling is:
Warmtepomp → Primaire pomp → Buffertank / hydraulische afscheider → Secundaire pomp → Bestaand UFH- of ventilatorconvectorsysteem
Hierdoor kan het warmtepompcircuit het door de warmtepomp vereiste debiet handhaven, terwijl het bestaande gebouwcircuit met een ander debiet werkt.
Dit is vooral handig wanneer:
meerdere verwarmingszones gaan onafhankelijk open en dicht;
de bestaande distributiestroom wijkt af van de warmtepompstroom;
meerdere warmtepompen werken in cascade;
er worden zowel ventilatorconvectoren als vloerverwarming gebruikt;
het minimale volume van het warmtepompsysteem moet worden gehandhaafd;
Voor het ontdooien is opgeslagen thermische energie nodig.
Door hydraulische scheiding kunnen primaire en secundaire circulatiepompen met stabiele maar potentieel verschillende stroomsnelheden werken. (Caleffi Spa)
Radiatoren vereisen een zorgvuldigere evaluatie.
Veel oudere ketelsystemen zijn ontworpen rond relatief hoge watertemperaturen.
Een warmtepomp die op een veel lagere watertemperatuur werkt, kan daarom onvoldoende radiatorvermogen produceren.
Mogelijke oplossingen zijn onder meer:
toenemende radiatorgrootte;
extra radiatoren toevoegen;
het installeren van ventilatorondersteunde radiatoren;
verbetering van de isolatie van gebouwen;
het verminderen van warmteverlies in gebouwen;
gebruik van ventilatorconvectoren op lage temperatuur;
het selecteren van een warmtepomp die waar nodig hogere aanvoerwatertemperaturen kan bereiken.
Het doel moet nog steeds zijn:
Gebruik de laagste praktische temperatuur van het aanvoerwater die aan de verwarmingsbehoefte van het gebouw kan voldoen.
Een lagere vereiste watertemperatuur zorgt er doorgaans voor dat een lucht-water-warmtepomp met een hogere COP kan werken. (Caleffi Spa)
Na een renovatie kan de totale systeemstroom correct zijn, terwijl sommige kamers nog steeds onvoldoende verwarming krijgen.
Waarom?
Omdat water de weg van de minste hydraulische weerstand volgt.
Kortsluitingen kunnen overmatige stroming ontvangen, terwijl lange circuits uitgehongerd zijn.
Daarom moet de inbedrijfstelling van een retrofit het volgende omvatten:
vertakkingsbalancering;
spruitstukstroomaanpassing;
verschildrukverificatie;
aanpassing van de pompsnelheid;
aanvoer-/retourtemperatuurmeting;
terminalstroomverificatie.
Parallelle hydronische circuits zijn bijzonder nuttig omdat individuele vertakkingen onafhankelijk van elkaar kunnen worden gebalanceerd en geregeld. (Caleffi Spa)
Voor technische projecten kan het proces als volgt worden samengevat:
Stap 1 — Bereken de gebouwbelasting
Bepaal de ontwerpverwarmings- en, indien nodig, koellasten.
↓
Stap 2 — Bepaal de ontwerpbuitenomstandigheden
Gebruik lokale ontwerptemperaturen voor de winter en de zomer.
↓
Stap 3 — Selecteer het warmtepompvermogen
Controleer het werkelijke verwarmings-/koelingsvermogen bij de vereiste buitentemperatuur en aanvoerwatertemperatuur.
↓
Stap 4 — Bepaal de vereiste temperatuur van het toevoerwater
Evalueer bestaande ventilatorconvectoren, radiatoren of vloerverwarming.
↓
Stap 5 — Bereken de vereiste waterstroom
Gebruik:
↓
Stap 6 — Controleer bestaand leidingwerk
Controleer de diameter, het drukverlies en de toegestane snelheid.
↓
Stap 7 — Selecteer circulatiepompen
Gebruik ontwerpstroom en berekende systeemweerstand, niet alleen de buisdiameter.
↓
Stap 8 — Bepaal of hydraulische scheiding vereist is
Denk aan buffertanks, hydraulische afscheiders en primair-secundair pompen.
↓
Stap 9 — Saldo en commissie
Meet het werkelijke debiet, de aanvoertemperatuur, de retourtemperatuur en ΔT onder bedrijfsomstandigheden.
Beschouw een bedrijfsgebouw met een ontwerpverwarmingsbelasting van:
Als het warmtepompsysteem is ontworpen rond:
Dan:
Dit betekent dat het hoofdwatercircuit ongeveer water moet kunnen transporteren86 m³/uonder ontwerpvoorwaarden.
Als het bestaande ketelcircuit is ontworpen rond:
de vorige ontwerpstroom was mogelijk alleen:
De nieuwe warmtepomp kan dus grofweg nodig zijntweemaal de ontwerpwaterstroom.
Die ene berekening vertelt de ingenieur meteen wat er onderzocht moet worden:
Kunnen het bestaande leidingnetwerk en de pompen het toegenomen debiet aan?
Zo ja, dan kan een groot deel van het oorspronkelijke systeem blijven bestaan.
Als dit niet het geval is, is een hydraulische aanpassing vereist.
Voor een succesvolle retrofit zijn drie systemen nodig die op elkaar afgestemd zijn:
De warmtepomp moet onder reële buitenomstandigheden voldoende capaciteit leveren.
Leidingen en pompen moeten voldoende waterdebiet leveren.
Fancoils, radiatoren of vloerverwarming moeten bij de gekozen watertemperatuur voldoende ruimtevermogen leveren.
Als een van deze drie onjuist is ontworpen, kan het systeem het volgende ervaren:
onvoldoende verwarming → hoge watertemperatuur → lagere COP → hoger elektriciteitsverbruik → slechte klantervaring.
Dit is de reden waarom renovaties van warmtepompen altijd moeten worden behandeld als eencompleet hydronisch systeem engineering project, in plaats van simpelweg een vervanging van apparatuur.
Soms wel, maar eerst moet het bestaande systeem worden gecontroleerd op warmtebelasting, benodigde watertemperatuur, eindopbrengst, waterdebiet, leidingdiameter en circulatiepompcapaciteit. Een directe één-op-één vervanging zonder hydraulische analyse kan tot slechte prestaties leiden.
Ja, in veel gevallen. Hun verwarmingscapaciteit moet echter worden gecontroleerd bij de lagere watertemperaturen die normaal gesproken gepaard gaan met de werking van de warmtepomp. Waar mogelijk moeten prestatiegegevens van fabrikanten worden gebruikt.
Meestal wel. Hydronische vloerverwarming is bijzonder geschikt voor warmtepompen, omdat het grote emissieoppervlak relatief lage aanvoerwatertemperaturen mogelijk maakt.
De warmteoverdracht is afhankelijk van zowel de waterstroom als het temperatuurverschil tussen aanvoer en retour. Wanneer ΔT wordt verlaagd, moet de waterstroom toenemen om dezelfde hoeveelheid warmte over te dragen.
Niet noodzakelijkerwijs. Het bestaande leidingwerk moet hydraulisch worden gecontroleerd op basis van het nieuwe vereiste debiet en drukverlies. Als er een acceptabele stroom kan worden bereikt zonder overmatige snelheid of pomphoogte, mogen de leidingen blijven staan.
Het hangt af van het systeemontwerp. Een buffertank of hydraulische afscheider kan nuttig zijn wanneer de warmtepomp en de gebouwcircuits verschillende debieten vereisen, wanneer meerdere zones vaak sluiten, wanneer extra systeemvolume nodig is of wanneer een stabiele ontdooiwerking vereist is.
Beide kunnen heel goed werken. Vloerverwarming biedt een uitstekende verwarmingsefficiëntie bij lage temperaturen, terwijl ventilatorconvectoren zowel verwarming als koeling met gekoeld water kunnen bieden. De beste keuze hangt af van het type gebouw, de vraag naar verwarming/koeling en de bestaande distributie-infrastructuur.
Het vervangen van een ketel door een lucht-waterwarmtepomp is niet in de eerste plaats een kwestie van het vinden van een warmtepomp met hetzelfde kW-vermogen.
De echte technische vraag is:
Kunnen de warmtepomp, het hydronische distributiesysteem en de bestaande warmteafgevers samenwerken bij de vereiste watertemperatuur, debiet en ontwerpbelasting?
Een professionele renovatie begint daarom met het berekenen van de gebouwbelasting, gevolgd door de prestatieselectie van de warmtepomp, terminalverificatie en hydraulische analyse.
Bestaande ventilatorconvectoren en vloerverwarmingssystemen kunnen vaak behouden blijven, waardoor de renovatiekosten aanzienlijk kunnen worden verlaagd. Maar dit is alleen mogelijk als ingenieurs dit zorgvuldig verifiërenwatertemperatuur, ΔT, debiet, leidingdrukval, circulatiepompprestaties en terminalcapaciteit.
Wanneer deze elementen correct op elkaar zijn afgestemd, kan het ombouwen van een hydronisch systeem op ketelbasis naar een lucht-water-warmtepomp efficiënte verwarming, koeling en energiebesparingen op de lange termijn opleveren zonder het hele distributiesysteem onnodig opnieuw op te bouwen.
De bovenstaande vergelijkingen en voorbeelden zijn bedoeld voor voorlopig technisch inzicht. Bij de definitieve uitrustingskeuze moet altijd gebruik worden gemaakt van projectspecifieke berekeningen van warmteverlies/warmtewinst, plaatselijke ontwerpweergegevens, hydraulische berekeningen en de gecertificeerde prestatiegegevens van de fabrikant van de warmtepomp/fancoil.
Wotech – Professionele luchtwarmtepompoplossingen
Voor residentiële, commerciële en OEM lucht-water-warmtepompoplossingen, inclusief lagetemperatuurverwarming, ventilatorconvectoren en vloerverwarmingstoepassingen, gaat u naar:
Een traditionele gas-, olie- of elektrische boiler vervangen door eenlucht-water warmtepompwordt steeds gebruikelijker bij renovatieprojecten van woningen, commerciële gebouwen en openbare gebouwen.
Een succesvolle retrofit is echter niet simpelweg:
Verwijder de ketel → installeer een warmtepomp → sluit de bestaande leidingen aan.
Een warmtepomp en een boiler werken onder zeer verschillende hydraulische en temperatuuromstandigheden.
Normaal gesproken kan een ketel relatief hoge watertemperaturen leveren met een relatief groot temperatuurverschil tussen aanvoer- en retourwater. Een warmtepomp daarentegen bereikt normaal gesproken het beste rendement bij het leveren van water op een lagere temperatuur met een zorgvuldig gecontroleerde waterstroom.
Dit betekent dat ingenieurs, voordat ze een ketel vervangen, een aantal belangrijke vragen moeten beantwoorden:
Wat is de werkelijke verwarmings- en koellast van het gebouw?
Welk vermogen moet de warmtepomp leveren bij de ontwerpbuitentemperatuur?
Kunnen de bestaande ventilatorconvectoren, radiatoren of vloerverwarming op de nieuwe watertemperaturen werken?
Kunnen de bestaande leidingen voldoende waterdoorstroming bieden?
Is de bestaande circulatiepomp geschikt?
Is er een hydraulische scheiding, een buffertank of een secundair circuit nodig?
Het begrijpen van deze vragen is de sleutel tot een betrouwbare retrofit van ketel naar warmtepomp.
Een van de meest voorkomende fouten bij het retrofitten van warmtepompen is het selecteren van een nieuwe warmtepomp op basis van de capaciteit die op het typeplaatje van de bestaande ketel staat vermeld.
Bijvoorbeeld:
Bestaand ketelvermogen = 100 kW
Installeer daarom een warmtepomp van 100 kW.
Deze aanpak kan ernstig misleidend zijn.
Traditionele ketels zijn vaak te groot en hun nominale capaciteit vertegenwoordigt niet noodzakelijkerwijs de werkelijke piekvraag naar verwarming van het gebouw.
Het juiste uitgangspunt is dus deontwerp verwarmingsbelasting.
Bij projecten waarbij koeling nodig is, moet tevens de ontwerpkoelbelasting worden berekend.
Voor een vereenvoudigde voorlopige schatting kan gebruik worden gemaakt van:
Waar:
Q= geschatte gebouwbelasting, W
A= geconditioneerde vloeroppervlakte, m²
Q= geschatte eenheidsbelasting, W/m²
Als een gebouw van 10.000 m² bijvoorbeeld een geschatte verwarmingsbelasting van 70 W/m² heeft:
Daarom:
W/m²-waarden mogen echter alleen worden gebruikt voorvoorlopige schatting.
De definitieve keuze voor een warmtepomp moet bij voorkeur gebaseerd zijn op een goede berekening van het warmteverlies/warmtewinst in het gebouw, waarbij rekening wordt gehouden met isolatie, beglazing, ventilatie/infiltratie, bezettingsgraad, interne winst, ontwerpbuitentemperatuur en de vereiste binnentemperatuur.
Dit is vooral belangrijk voor lucht-waterwarmtepompen.
Een warmtepomp die wordt geadverteerd als “20 kW-warmtepomp” levert niet noodzakelijkerwijs 20 kW onder alle buitenomstandigheden.
Naarmate de buitenluchttemperatuur daalt, kunnen de beschikbare verwarmingscapaciteit en COP van een lucht-waterwarmtepomp aanzienlijk veranderen.
Daarom mogen ingenieurs geen apparatuur selecteren die alleen gebaseerd is op nominale omstandigheden, zoals:
A7/W35
In plaats daarvan moet de capaciteit worden getoetst aan de daadwerkelijke ontwerpvoorwaarden van het project, bijvoorbeeld:
A7/W35
A2/W35
A−7/W35
A−15/W45
A−20/W55
afhankelijk van klimaat en toepassing.
Het juiste principe is:
tenzij het systeem opzettelijk is ontworpen als eenbivalent systeemmet extra verwarming.
Voor projecten in een koud klimaat is het verwarmingsvermogen op lage temperatuur daarom vaak belangrijker dan de nominale kW die in een catalogus staat.
Voor omkeerbare lucht-water-warmtepompsystemen rijst een andere vraag:
Moeten we de warmtepomp dimensioneren op basis van verwarmingsbelasting of koelbelasting?
Het antwoord hangt af van het klimaat.
In een koud klimaat is de verwarmingsbelasting meestal dominant.
De warmtepomp wordt daarom normaal gesproken geselecteerd op basis van deontwerpverwarmingsbelasting in de winter, na controle van de verwarmingscapaciteit bij lage omgevingstemperaturen.
De zomerkoelcapaciteit kan dan automatisch voldoende zijn.
De situatie kan anders zijn in klimaten met zowel een aanzienlijke vraag naar verwarming als naar koeling.
Stel dat een bedrijfsgebouw:
Maar:
Het dimensioneren van de hele warmtepompinstallatie voor 1.500 kW, simpelweg vanwege de koelpiek, kan een te groot verwarmingssysteem opleveren.
Een mogelijke technische oplossing is een hybride fabriek:
Lucht-water warmtepompen → basisverwarming + gedeeltelijke koeling
plus
Chiller → aanvullende piekkoeling
Dit kan zorgen voor een betere benutting van de apparatuur en een flexibelere werking van de fabriek.
De exacte configuratie moet worden bepaald door belastingsprofielen, klimaat, bedrijfsuren, elektriciteitstarieven, redundantievereisten en levenscycluskosten, en niet alleen door piekcapaciteit.
Bij veel ketelvervangingsprojecten bevat het gebouw al hydronische ventilatorconvectoren.
Het goede nieuws is:
Bestaande fancoils hoeven niet automatisch vervangen te worden.
Maar hun prestaties moeten worden geverifieerd bij de nieuwe bedrijfstemperaturen.
De capaciteit van de ventilatorconvector hangt sterk af van het temperatuurverschil tussen het water dat de spoel binnenkomt en de kamerlucht. Daarom vermindert het verlagen van de watertemperatuur over het algemeen de verwarmingsopbrengst. Waar mogelijk moeten prestatietabellen van fabrikanten worden gebruikt. (Caleffi Spa)
Een ventilatorconvector is bijvoorbeeld oorspronkelijk ontworpen rond:
Ketelsysteem
70°C aanvoer / 60°C retour
kan aanzienlijk minder warmte leveren bij gebruik bij:
Warmtepompsysteem
45°C aanvoer / 40°C retour.
De juiste vraag is dus niet:
“Kan een fancoil werken met water van 45°C?”
Het is:
“Kan deze ventilatorconvector de vereiste ruimteverwarmingscapaciteit leveren bij water van 45°C onder de werkelijke luchtstroom- en waterstroomomstandigheden?”
Dat onderscheid is uiterst belangrijk.
Fancoilsystemen hebben één groot voordeel bij retrofitprojecten voor warmtepompen:
Dezelfde terminal kan doorgaans zowel verwarming als koeling leveren.
Tijdens de winter:
Lucht-warmtepomp → warm water → ventilatorconvector → ruimteverwarming
Tijdens de zomer:
Lucht-warmtepomp → gekoeld water → ventilatorconvector → ruimtekoeling
Dit maakt ventilatorconvectoren bijzonder aantrekkelijk voor hotels, kantoren, scholen, appartementen en commerciële gebouwen die het hele jaar door HVAC vereisen.
Wanneer er echter gekoeld water wordt gebruikt, moeten de ventilatorconvector en het leidingsysteem ook zijn ontworpen voor condensbeheersing, inclusief passende isolatie en condensafvoer.
Moderne hydronische ontwerprichtlijnen erkennen ook ventilatorconvectoren als nuttige warmteafgevers voor lucht-water-warmtepompen, vooral wanneer ze zijn ontworpen met voldoende grote warmtewisselaaroppervlakken voor lagere watertemperaturen. (Caleffi Spa)
Niet noodzakelijkerwijs.
De fundamentele relatie die de warmteoverdracht in een hydronisch circuit regelt, is:
Waar:
Q= warmteoverdrachtssnelheid
M= watermassadebiet
CP= soortelijke warmtecapaciteit
AT= temperatuurverschil aanvoer-retourwater
Deze vergelijking verklaart een van de belangrijkste verschillen tussen hydronische systemen met ketel en warmtepomp.
Voor dezelfde warmteoverdrachtssnelheid:
Naarmate het ontwerp AT kleiner wordt, wordt de vereiste waterstroom groter. (Caleffi Spa)
Denk eens aan een eenvoudig voorbeeld.
Een systeem moet het volgende overbrengen:
Voor water is een handige metrische benadering:
Daarom:
Dus ΔT verlagen van ongeveer 10°C naar ongeveer 5°Cverdubbelt de benodigde waterstroom.
Daarom kan het vervangen van een ketel door een warmtepomp hydraulische problemen veroorzaken, zelfs als de verwarmingscapaciteit correct is berekend.
Het kan zijn dat de bestaande leiding simpelweg te klein is voor het benodigde warmtepompdebiet.
Een veel voorkomende reactie is:
“Als het debiet te laag is, installeer dan gewoon een grotere circulatiepomp.”
Soms werkt dit.
Soms creëert het een ander probleem.
Het vergroten van de pompopvoerhoogte kan niet voor onbepaalde tijd ondermaats leidingwerk compenseren. Een te hoge snelheid kan resulteren in:
verhoogde drukval;
hoger elektriciteitsverbruik van de pomp;
stromingsgeluid;
klepgeluid;
erosierisico;
slechte hydraulische balancering;
onvoldoende doorstroming bij verre takken.
De juiste procedure is daarom:
Vereiste thermische capaciteit → vereiste waterstroom → drukval in de leiding → beschikbare pompkop → selectie circulatiepomp
in plaats van de pomp onafhankelijk te selecteren.
Het vervangen van alle bestaande hydronische leidingen kan een retrofit extreem duur en ontwrichtend maken.
Daarom moeten ingenieurs eerst onderzoeken of het bestaande netwerk nog steeds kan worden gebruikt.
Rekening:
diameter hoofdleiding;
diameter van de aftakleiding;
pijplengte;
fittingen en klepdrukverlies;
bestaande pompcurve;
beschikbaar drukverschil;
vereist warmtepompdebiet;
toegestane watersnelheid;
hydraulische balans.
Als het bestaande leidingwerk de vereiste stroom met een acceptabel drukverlies en aanvaardbare snelheid kan transporteren, is er mogelijk geen reden om het te vervangen.
Dit is een van de grootste mogelijkheden om de retrofitkosten te verlagen.
Bestaande hydronische vloerverwarming kan vaak nog geschikter zijn voor warmtepompen dan conventionele radiatoren.
Waarom?
Omdat vloerverwarming een zeer groot warmteafgevend oppervlak gebruikt.
Dankzij een groter warmteoverdrachtsoppervlak kan het gebouw worden verwarmd met relatief lage watertemperaturen.
Dat is precies waar een warmtepomp de voorkeur aan geeft.
Moderne ontwerprichtlijnen voor warmtepompen identificeren goed ontworpen vloerverwarming als bijzonder geschikt voor lucht-water-warmtepompen, omdat deze de vereiste warmteafgifte in de ruimte kan leveren bij relatief lage aanvoerwatertemperaturen, waardoor de efficiëntie van de warmtepomp wordt verbeterd. (Caleffi Spa)
Typische verwarming op lage temperatuur kan zich voordoen in de volgende gevallen:
30–35°C toevoerwater
of
35–40°C toevoerwater
afhankelijk van de bouwbelasting, vloerconstructie, leidingafstand, vloerbedekking en buitenomstandigheden.
De werkelijke ontwerptemperatuur moet altijd worden berekend en niet worden aangenomen.
Mogelijk is het bestaande vloerverwarmingscircuit ontworpen voor een groter aanvoer-retourtemperatuurverschil dan de warmtepomp nodig heeft.
Stel dat het oude vloercircuit werkt op:
maar de warmtepomp heeft ongeveer het volgende nodig:
Voor hetzelfde verwarmingsvermogen heeft de warmtepompzijde ongeveer het dubbele waterdebiet nodig.
Dit kan een mismatch creëren tussen:
Vereist debiet warmtepomp
En
bestaande UFH-circuitstroomcapaciteit.
Dit betekent niet automatisch dat alle vloerverwarmingsleidingen vervangen moeten worden.
In plaats daarvan moet het hydraulische systeem correct opnieuw worden ontworpen.
Een effectieve oplossing is om het warmtepompcircuit hydraulisch te scheiden van het distributiecircuit van het gebouw.
Een typische opstelling is:
Warmtepomp → Primaire pomp → Buffertank / hydraulische afscheider → Secundaire pomp → Bestaand UFH- of ventilatorconvectorsysteem
Hierdoor kan het warmtepompcircuit het door de warmtepomp vereiste debiet handhaven, terwijl het bestaande gebouwcircuit met een ander debiet werkt.
Dit is vooral handig wanneer:
meerdere verwarmingszones gaan onafhankelijk open en dicht;
de bestaande distributiestroom wijkt af van de warmtepompstroom;
meerdere warmtepompen werken in cascade;
er worden zowel ventilatorconvectoren als vloerverwarming gebruikt;
het minimale volume van het warmtepompsysteem moet worden gehandhaafd;
Voor het ontdooien is opgeslagen thermische energie nodig.
Door hydraulische scheiding kunnen primaire en secundaire circulatiepompen met stabiele maar potentieel verschillende stroomsnelheden werken. (Caleffi Spa)
Radiatoren vereisen een zorgvuldigere evaluatie.
Veel oudere ketelsystemen zijn ontworpen rond relatief hoge watertemperaturen.
Een warmtepomp die op een veel lagere watertemperatuur werkt, kan daarom onvoldoende radiatorvermogen produceren.
Mogelijke oplossingen zijn onder meer:
toenemende radiatorgrootte;
extra radiatoren toevoegen;
het installeren van ventilatorondersteunde radiatoren;
verbetering van de isolatie van gebouwen;
het verminderen van warmteverlies in gebouwen;
gebruik van ventilatorconvectoren op lage temperatuur;
het selecteren van een warmtepomp die waar nodig hogere aanvoerwatertemperaturen kan bereiken.
Het doel moet nog steeds zijn:
Gebruik de laagste praktische temperatuur van het aanvoerwater die aan de verwarmingsbehoefte van het gebouw kan voldoen.
Een lagere vereiste watertemperatuur zorgt er doorgaans voor dat een lucht-water-warmtepomp met een hogere COP kan werken. (Caleffi Spa)
Na een renovatie kan de totale systeemstroom correct zijn, terwijl sommige kamers nog steeds onvoldoende verwarming krijgen.
Waarom?
Omdat water de weg van de minste hydraulische weerstand volgt.
Kortsluitingen kunnen overmatige stroming ontvangen, terwijl lange circuits uitgehongerd zijn.
Daarom moet de inbedrijfstelling van een retrofit het volgende omvatten:
vertakkingsbalancering;
spruitstukstroomaanpassing;
verschildrukverificatie;
aanpassing van de pompsnelheid;
aanvoer-/retourtemperatuurmeting;
terminalstroomverificatie.
Parallelle hydronische circuits zijn bijzonder nuttig omdat individuele vertakkingen onafhankelijk van elkaar kunnen worden gebalanceerd en geregeld. (Caleffi Spa)
Voor technische projecten kan het proces als volgt worden samengevat:
Stap 1 — Bereken de gebouwbelasting
Bepaal de ontwerpverwarmings- en, indien nodig, koellasten.
↓
Stap 2 — Bepaal de ontwerpbuitenomstandigheden
Gebruik lokale ontwerptemperaturen voor de winter en de zomer.
↓
Stap 3 — Selecteer het warmtepompvermogen
Controleer het werkelijke verwarmings-/koelingsvermogen bij de vereiste buitentemperatuur en aanvoerwatertemperatuur.
↓
Stap 4 — Bepaal de vereiste temperatuur van het toevoerwater
Evalueer bestaande ventilatorconvectoren, radiatoren of vloerverwarming.
↓
Stap 5 — Bereken de vereiste waterstroom
Gebruik:
↓
Stap 6 — Controleer bestaand leidingwerk
Controleer de diameter, het drukverlies en de toegestane snelheid.
↓
Stap 7 — Selecteer circulatiepompen
Gebruik ontwerpstroom en berekende systeemweerstand, niet alleen de buisdiameter.
↓
Stap 8 — Bepaal of hydraulische scheiding vereist is
Denk aan buffertanks, hydraulische afscheiders en primair-secundair pompen.
↓
Stap 9 — Saldo en commissie
Meet het werkelijke debiet, de aanvoertemperatuur, de retourtemperatuur en ΔT onder bedrijfsomstandigheden.
Beschouw een bedrijfsgebouw met een ontwerpverwarmingsbelasting van:
Als het warmtepompsysteem is ontworpen rond:
Dan:
Dit betekent dat het hoofdwatercircuit ongeveer water moet kunnen transporteren86 m³/uonder ontwerpvoorwaarden.
Als het bestaande ketelcircuit is ontworpen rond:
de vorige ontwerpstroom was mogelijk alleen:
De nieuwe warmtepomp kan dus grofweg nodig zijntweemaal de ontwerpwaterstroom.
Die ene berekening vertelt de ingenieur meteen wat er onderzocht moet worden:
Kunnen het bestaande leidingnetwerk en de pompen het toegenomen debiet aan?
Zo ja, dan kan een groot deel van het oorspronkelijke systeem blijven bestaan.
Als dit niet het geval is, is een hydraulische aanpassing vereist.
Voor een succesvolle retrofit zijn drie systemen nodig die op elkaar afgestemd zijn:
De warmtepomp moet onder reële buitenomstandigheden voldoende capaciteit leveren.
Leidingen en pompen moeten voldoende waterdebiet leveren.
Fancoils, radiatoren of vloerverwarming moeten bij de gekozen watertemperatuur voldoende ruimtevermogen leveren.
Als een van deze drie onjuist is ontworpen, kan het systeem het volgende ervaren:
onvoldoende verwarming → hoge watertemperatuur → lagere COP → hoger elektriciteitsverbruik → slechte klantervaring.
Dit is de reden waarom renovaties van warmtepompen altijd moeten worden behandeld als eencompleet hydronisch systeem engineering project, in plaats van simpelweg een vervanging van apparatuur.
Soms wel, maar eerst moet het bestaande systeem worden gecontroleerd op warmtebelasting, benodigde watertemperatuur, eindopbrengst, waterdebiet, leidingdiameter en circulatiepompcapaciteit. Een directe één-op-één vervanging zonder hydraulische analyse kan tot slechte prestaties leiden.
Ja, in veel gevallen. Hun verwarmingscapaciteit moet echter worden gecontroleerd bij de lagere watertemperaturen die normaal gesproken gepaard gaan met de werking van de warmtepomp. Waar mogelijk moeten prestatiegegevens van fabrikanten worden gebruikt.
Meestal wel. Hydronische vloerverwarming is bijzonder geschikt voor warmtepompen, omdat het grote emissieoppervlak relatief lage aanvoerwatertemperaturen mogelijk maakt.
De warmteoverdracht is afhankelijk van zowel de waterstroom als het temperatuurverschil tussen aanvoer en retour. Wanneer ΔT wordt verlaagd, moet de waterstroom toenemen om dezelfde hoeveelheid warmte over te dragen.
Niet noodzakelijkerwijs. Het bestaande leidingwerk moet hydraulisch worden gecontroleerd op basis van het nieuwe vereiste debiet en drukverlies. Als er een acceptabele stroom kan worden bereikt zonder overmatige snelheid of pomphoogte, mogen de leidingen blijven staan.
Het hangt af van het systeemontwerp. Een buffertank of hydraulische afscheider kan nuttig zijn wanneer de warmtepomp en de gebouwcircuits verschillende debieten vereisen, wanneer meerdere zones vaak sluiten, wanneer extra systeemvolume nodig is of wanneer een stabiele ontdooiwerking vereist is.
Beide kunnen heel goed werken. Vloerverwarming biedt een uitstekende verwarmingsefficiëntie bij lage temperaturen, terwijl ventilatorconvectoren zowel verwarming als koeling met gekoeld water kunnen bieden. De beste keuze hangt af van het type gebouw, de vraag naar verwarming/koeling en de bestaande distributie-infrastructuur.
Het vervangen van een ketel door een lucht-waterwarmtepomp is niet in de eerste plaats een kwestie van het vinden van een warmtepomp met hetzelfde kW-vermogen.
De echte technische vraag is:
Kunnen de warmtepomp, het hydronische distributiesysteem en de bestaande warmteafgevers samenwerken bij de vereiste watertemperatuur, debiet en ontwerpbelasting?
Een professionele renovatie begint daarom met het berekenen van de gebouwbelasting, gevolgd door de prestatieselectie van de warmtepomp, terminalverificatie en hydraulische analyse.
Bestaande ventilatorconvectoren en vloerverwarmingssystemen kunnen vaak behouden blijven, waardoor de renovatiekosten aanzienlijk kunnen worden verlaagd. Maar dit is alleen mogelijk als ingenieurs dit zorgvuldig verifiërenwatertemperatuur, ΔT, debiet, leidingdrukval, circulatiepompprestaties en terminalcapaciteit.
Wanneer deze elementen correct op elkaar zijn afgestemd, kan het ombouwen van een hydronisch systeem op ketelbasis naar een lucht-water-warmtepomp efficiënte verwarming, koeling en energiebesparingen op de lange termijn opleveren zonder het hele distributiesysteem onnodig opnieuw op te bouwen.
De bovenstaande vergelijkingen en voorbeelden zijn bedoeld voor voorlopig technisch inzicht. Bij de definitieve uitrustingskeuze moet altijd gebruik worden gemaakt van projectspecifieke berekeningen van warmteverlies/warmtewinst, plaatselijke ontwerpweergegevens, hydraulische berekeningen en de gecertificeerde prestatiegegevens van de fabrikant van de warmtepomp/fancoil.
Wotech – Professionele luchtwarmtepompoplossingen
Voor residentiële, commerciële en OEM lucht-water-warmtepompoplossingen, inclusief lagetemperatuurverwarming, ventilatorconvectoren en vloerverwarmingstoepassingen, gaat u naar: