Goede berekening van warmtepompinstallatie voor maximale efficiëntie en comfort

Een goed dimensioneerde warmtepompinstallatie is essent voor zowel het comfort in de woning als het energieverbruik. Als de warmtepomp niet goed berekend en afgeregeld is, kan het resulteren in onvoldoende verwarmingsprestaties of een te hoog stroomverbruik. In dit artikel leggen we de belangrijkste stappen en berekeningen uit die nodig zijn om een warmtepompinstallatie correct te dimensioneren. Met behulp van de gegevens uit de beschikbare bronnen worden de basisprincipes van warmteverlies, vermogenberekening, bufferdimensionering en andere relevante parameters toegelicht. Deze informatie is van belang voor eigenaren, installateurs en andere betrokken partijen bij het kiezen van en werken met warmtepompen.

Inleiding: Waarom is correcte berekening belangrijk?

Een warmtepomp is een duurzame oplossing voor verwarming en koeling in huishoudens en bedrijven. De efficiëntie en het comfort van deze systemen hangen sterk af van het correcte dimensioneren van het systeem. Volgens de bronnen is het warmteverlies van de woning de basis voor het bepalen van het benodigde vermogen van de warmtepompinstallatie. Dit houdt in dat de installatie voldoende vermogen moet hebben om de woning te verwarmen, ook bij strenge vorst. Als de warmtepomp te klein is, kan hij de woning niet voldoende verwarmen. Als hij te groot is, verbruikt hij onnodig veel energie en kan het systeem vroegtijdig slijten. Daarnaast speelt de isolatie van de woning een grote rol in het bepalen van het warmteverlies en dus ook in de benodigde capaciteit van de warmtepomp. In de volgende hoofdstukken worden deze aspecten nader toegelicht aan de hand van de beschikbare berekeningsmethoden en praktijkvoorbeelden.

Warmteverlies van de woning: De basis van de berekening

Het warmteverlies van de woning is een maat voor hoeveel warmte de woning per graad temperatuurverschil verliest naar buiten. Deze waarde is cruciaal voor het bepalen van het benodigde vermogen van de warmtepompinstallatie. De warmteverlieswaarde wordt uitgedrukt in watt per kelvin (W/K) en geeft aan hoeveel vermogen nodig is om de woning te verwarmen bij een bepaalde buitentemperatuur.

Er zijn twee hoofdmethoden om het warmteverlies van de woning te berekenen: methode 1, een nauwkeurige berekening op basis van energieverbruik en bewonertal, en methode 2, een eenvoudige vuistregel.

Methode 1: Nauwkeurige berekening op basis van energieverbruik

Methode 1 is een meer gedetailleerde manier om het warmteverlies van de woning te bepalen. Deze methode maakt gebruik van het gasverbruik, het aantal bewoners en de gemiddelde buitentemperatuur in een bepaalde maand. De formule voor deze methode is als volgt:

$$ \text{Warmteverlies woning [W/K]} = \frac{(A - B \times 7) \times 9000}{(16 - C) \times 24 \times 31} $$

Waarbij:

• $ A $ = het gasverbruik in m³ (gemeten in een specifieke maand),
• $ B $ = het aantal bewoners in de woning,
• $ C $ = de gemiddelde buitentemperatuur in die maand in °C.

Voorbeeldberekening:

Als in december 2021 in een woning 228 m³ gas is verbruikt met 4 bewoners en de gemiddelde buitentemperatuur was 6 °C, dan is het warmteverlies als volgt te berekenen:

$$ \text{Warmteverlies woning [W/K]} = \frac{(228 - 4 \times 7) \times 9000}{(16 - 6) \times 24 \times 31} = \frac{242 \times 9000}{10 \times 24 \times 31} = 242 \, \text{W/K} $$

Deze methode is geschikt voor woningen waarvan het gasverbruik gedetailleerd bekend is en waarvan de bouwkenmerken goed gekend zijn. Het is belangrijk om de juiste maand te kiezen, omdat het verbruik en de buitentemperatuur sterk kunnen variëren per periode. December is een geschikte maand omdat dit vaak een van de koudste maanden is en dus een goede basis geeft voor de warmtebehoeften bij strenge vorst.

Methode 2: Vuistregel voor eenvoudige berekening

Voor woningen waarvan geen gedetailleerde verbruiksgegevens beschikbaar zijn, is er een eenvoudige vuistregel. Deze methode maakt gebruik van het jaarverbruik aan gas en het aantal bewoners in de woning. De formule is als volgt:

$$ \text{Warmteverlies woning [W/K]} = (A - B \times 80) \times 0,17 $$

Waarbij:

• $ A $ = het jaarverbruik in m³ gas,
• $ B $ = het aantal bewoners in de woning.

Voorbeeldberekening:

Als in een woning 1620 m³ gas per jaar verbruikt wordt en er 4 bewoners zijn, dan is het warmteverlies:

$$ \text{Warmteverlies woning [W/K]} = (1620 - 4 \times 80) \times 0,17 = (1620 - 320) \times 0,17 = 1300 \times 0,17 = 221 \, \text{W/K} $$

Deze methode is sneller en eenvoudiger uit te voeren, maar minder nauwkeurig dan methode 1. Het is vooral geschikt voor woningen die gemiddeld geïsoleerd zijn en waarvan het verbruik binnen normale grenzen ligt. Voor woningen met uitzonderlijke isolatie of verbruik is methode 1 beter aangeraden.

Het bepalen van het benodigde vermogen van de warmtepompinstallatie

Nadat het warmteverlies van de woning is bepaald, is de volgende stap het bepalen van het benodigde vermogen van de warmtepompinstallatie. Dit vermogen wordt uitgedrukt in watt (W) en geeft aan hoeveel vermogen de warmtepomp moet leveren om de woning te verwarmen. Het vermogen wordt bepaald op basis van het warmteverlies en andere factoren zoals de gewenste binnen- en buitentemperatuur.

Een eenvoudige manier om het benodigde vermogen te berekenen is het vermenigvuldigen van de totale bewoonbare oppervlakte met een specifieke waarde in watt per vierkante meter (W/m²). Deze waarde varieert afhankelijk van het bouwjaar van de woning, omdat oudere woningen meestal minder geïsoleerd zijn dan nieuwbouw.

Voorbeelden van vermogenberekening

Deze benadering is gebaseerd op het bouwjaar van de woning. Hieronder zijn enkele voorbeelden van de berekening van het benodigde vermogen:

1. Appartement van 70 m², bouwjaar onbekend (gemiddeld)
   Vermogen = 70 m² × 40 W/m² = 2800 W (2,8 kW)

2. Rijwoning van 120 m², bouwjaar 2002
   Vermogen = 120 m² × 60 W/m² = 7200 W (7,2 kW)

3. 2-onder-1-kap woning van 150 m², goed geïsoleerd, bouwjaar 2015
   Vermogen = 150 m² × 50 W/m² = 7500 W (7,5 kW)

4. Bedrijfspand van 2000 m², goed geïsoleerd, bouwjaar 2018
   Vermogen = 2000 m² × 40 W/m² = 80000 W (80 kW)

Deze waarden zijn richtlijnen en kunnen variëren afhankelijk van de exacte isolatiegraad en andere factoren zoals het type verwarmingssysteem (vloerverwarming of radiatoren) en het gewenste comfortniveau. Het is daarom aan te raden om deze berekening te verfijnen met behulp van de warmteverlieswaarde, zoals hierboven beschreven.

Stooklijn bepalen: Het verband tussen buitentemperatuur en verwarmingsniveau

De stooklijn is een belangrijk aspect bij het dimensioneren van een warmtepompinstallatie. Het geeft aan hoe de temperatuur van het CV-water varieert afhankelijk van de buitentemperatuur. De stooklijn is meestal een rechte lijn die loopt van een instelpunt bij een buitentemperatuur van +20 °C tot een instelpunt bij een buitentemperatuur van -10 °C. Deze lijn bepaalt hoeveel warmte het CV-systeem moet leveren op verschillende buitentemperaturen.

Voorbeeld van stooklijn berekening

De stooklijn wordt bepaald door de volgende instelpunten:

• [T+20] = de temperatuur van het CV-water bij een buitentemperatuur van +20 °C. Bij vloerverwarming is dit meestal 20 °C, bij radiatoren 25 °C.
• [T-10] = de temperatuur van het CV-water bij een buitentemperatuur van -10 °C. Deze waarde wordt berekend aan de hand van het vermogen van de warmtepompinstallatie en het vermogen van het CV-systeem.

$$ [T-10] = 20 \, ^\circ\text{C} + \frac{\text{Vermogen van de warmtepompinstallatie [W]}}{\text{Vermogen van het CV-systeem [W/K]}} $$

Voorbeeldberekening:

Als het vermogen van de warmtepompinstallatie 7500 W is en het vermogen van het CV-systeem 242 W/K, dan is:

$$ [T-10] = 20 + \frac{7500}{242} \approx 20 + 30,99 = 50,99 \, ^\circ\text{C} $$

Dit betekent dat bij een buitentemperatuur van -10 °C het CV-water een temperatuur van ongeveer 51 °C moet hebben om de woning te verwarmen. De stooklijn kan vervolgens getekend worden als een rechte lijn tussen de punten (20 °C buitentemperatuur, 20 °C CV-water) en (-10 °C buitentemperatuur, 51 °C CV-water).

Bufferdimensionering: Het bepalen van het benodigde buffervat

Het buffervat is een belangrijk onderdeel van een warmtepompinstallatie. Het dient als opslag voor warmte en helpt bij het gelijkmatig regelen van de warmteafgifte. Het buffervat is van belang voor het comfort en de efficiëntie van het systeem. Het volume van het buffervat hangt af van het vermogen van de warmtepompinstallatie en de gewenste delta T (temperatuurverschil).

Formule voor bufferdimensionering

$$ \text{Volume buffervat [liter]} = \text{Laagste vermogen warmtepompinstallatie [kW]} \times 20 \, \text{liter/kW} $$

Bij een hogere delta T (meer dan 5 °C) moet het volume verder worden verhoogd. Voor elke extra graad bij de delta T wordt 4 liter/kW toegevoegd.

Voorbeeldberekening:

Als het laagste vermogen van de warmtepompinstallatie 4 kW is en de delta T 5 °C, dan is:

$$ \text{Volume buffervat} = 4 \, \text{kW} \times 20 \, \text{liter/kW} = 80 \, \text{liter} $$

Als de delta T 7 °C is, dan wordt het volume:

$$ \text{Volume buffervat} = 4 \, \text{kW} \times (20 + 2 \times 4) = 4 \times 28 = 112 \, \text{liter} $$

Het buffervat moet dus voldoende groot zijn om de warmte op te slaan en het systeem te laten werken zonder onnodig vaak aan- en uit te schakelen. Dit zorgt voor een beter rendement en minder slijtage van de componenten.

Energieverbruik berekenen: Hoeveel stroom verbruikt de warmtepomp?

Naast het dimensioneren van het systeem is het ook belangrijk om een schatting te maken van het energieverbruik van de warmtepomp. Dit helpt bij het bepalen van de kosten en het kiezen van een efficiënte installatie. Het energieverbruik wordt uitgedrukt in kilowattuur per jaar (kWu/jaar) en hangt af van het gasverbruik, het vermogen van de warmtepompinstallatie en de stooklijn.

Formule voor energieverbruik

$$ \text{Verbruik [kWu]} = \frac{A \times 9}{B + (C - B) \times (D - E) / 20} $$

Waarbij:

• $ A $ = jaarverbruik aan gas in m³,
• $ B $ = vermogen van de warmtepompinstallatie bij buitentemperatuur -7 °C,
• $ C $ = vermogen van het CV-systeem bij buitentemperatuur -7 °C,
• $ D $ = buitentemperatuur waarbij het CV-systeem aanslaat,
• $ E $ = gemiddelde buitentemperatuur in °C.

Voorbeeldberekening:

Als het jaarverbruik aan gas 1600 m³ is, het vermogen van de warmtepompinstallatie bij -7 °C 3,5 kW is, het vermogen van het CV-systeem bij -7 °C 5,1 kW is, de buitentemperatuur waarbij het CV-systeem aanslaat 50 °C is en de gemiddelde buitentemperatuur 5 °C is, dan is:

$$ \text{Verbruik [kWu]} = \frac{1600 \times 9}{3,5 + (5,1 - 3,5) \times (55 - 50) / 20} = \frac{14400}{3,5 + 1,6 \times 5 / 20} = \frac{14400}{3,9} \approx 3692 \, \text{kWu} $$

Deze schatting is een goede benadering zolang de maximale buitentemperatuur onder de 60 °C ligt en het maximale vermogen van de warmtepompinstallatie bij -7 °C minstens 80% van het benodigde vermogen is. Als deze voorwaarden niet worden voldaan, wordt de methode minder accuraat.

Besparing door extra isolatie: Waarom het belangrijk is

Naast het dimensioneren van de warmtepompinstallatie is het ook belangrijk om rekening te houden met de isolatie van de woning. Een betere isolatie vermindert het warmteverlies en dus ook het benodigde vermogen van de warmtepomp. Dit zorgt niet alleen voor een lager energieverbruik, maar ook voor een beter comfort in de woning.

Berekening van de besparing

De besparing aan gasverbruik door extra isolatie kan berekend worden met de volgende vuistregel:

$$ \text{Besparing gas per jaar door extra isolatie} = \text{Oppervlakte isolatie in m²} \times 3,67 \, \text{m³ gas/m²} $$

Voorbeeldberekening:

Als een woning 10 m² extra isolatie krijgt, dan is de besparing:

$$ \text{Besparing} = 10 \times 3,67 = 36,7 \, \text{m³ gas per jaar} $$

Afhankelijk van de gasprijs kan dit leiden tot aanzienlijke besparingen. Bij een gasprijs van € 1,00 per m³ is dit € 36,70 per jaar, bij € 1,50 per m³ is het € 55,05 per jaar.

Het is belangrijk om te weten dat de besparing niet alleen afhankelijk is van de isolatie, maar ook van de manier waarop de woning gebruikt wordt. Een woning die vaak leeg staat of waarin het klimaat erg extreem is, zal minder baat hebben van extra isolatie dan een woning die intensief gebruikt wordt.

Conclusie

Het dimensioneren van een warmtepompinstallatie is een essentieel onderdeel van een duurzame renovatie of nieuwbouw. Een correct berekende warmtepomp zorgt voor maximaal comfort en minimaal energieverbruik. De basis van de berekening is het bepalen van het warmteverlies van de woning, wat de basis is voor het benodigde vermogen van de warmtepomp. Daarnaast is het belangrijk om rekening te houden met factoren zoals de stooklijn, bufferdimensionering, energieverbruik en isolatie. Door deze aspecten goed te begrijpen en te berekenen, kan een warmtepompinstallatie efficiënt en duurzaam worden ingericht. Het is aan te raden om de berekening te laten uitvoeren door een ervaren installateur of via een online tool die deze parameters in rekening brengt.

Bronnen

1. Warmtepomp berekenen – duurzaamwarmwonen.nl
2. Warmtepomp berekenen – warmtepompberekenen.nl
3. Vermogen van warmtepompinstallatie – warmtepomp-gids.nl