Lucht-water warmtepomp: berekening van capaciteit en stroomverbruik

Het installeren van een lucht-water warmtepomp is een populaire keuze voor wie zijn woning wil verduurzamen en op zoek is naar een energie-efficiënte verwarmingsoplossing. Om de prestaties van deze warmtepomp te begrijpen en de juiste keuze te maken, is het belangrijk om de capaciteit en het stroomverbruik correct te berekenen. Deze berekeningen zijn afhankelijk van factoren zoals de isolatiegraad van de woning, het vermogen van de verwarming, de stooklijn, en het klimaatgebied waarin de woning zich bevindt. In dit artikel bespreken we de methoden en formules die gebruikt worden bij het bepalen van de capaciteit van een lucht-water warmtepomp, alsook het stroomverbruik in praktijk.

Wat is een lucht-water warmtepomp?

Een lucht-water warmtepomp haalt warmte uit de buitenlucht en gebruikt die om water te verwarmen, dat vervolgens wordt gebruikt voor ruimteverwarming en sanitair gebruik. Het rendement van deze warmtepomp wordt uitgedrukt in de Coefficient of Performance (COP), wat het verhoudingsgetal is tussen het afgegeven vermogen en het toegevoegde elektrische vermogen.

De COP wordt meestal gemeten onder standaardomstandigheden zoals bepaald in de norm EN 14511. Bijvoorbeeld, bij een buitentemperatuur van 7°C naar 35°C kan de COP rond de 4,4 liggen, terwijl bij 7°C naar 45°C de COP lager is, bijvoorbeeld 3,6. Dit laat zien dat het rendement afneemt als de afgifte-temperatuur hoger wordt.

Een nog betere maat voor het jaarlijkse rendement is de Seasonal Coefficient of Performance (SPF) of SCOP, die het gemiddelde rendement over het hele jaar uitdrukt. Deze waarde is theoretisch bepaald door het gemiddelde van meerdere COP-waarden bij verschillende buitentemperaturen in een klimaatgebied. Nederland en België vallen onder midden-Europa, wat bepalend is voor de benodigde formules.

De SPF is te vinden in het Energie Label van de warmtepomp, waarbij het vermeld staat onder de Fishe-aanduiding. Deze waarde is duidelijk beter dan de COP om de werkelijke prestaties van de warmtepomp in het Nederlands klimaat te begrijpen.

Waarom is het belangrijk om de capaciteit van een lucht-water warmtepomp te berekenen?

De capaciteit van een warmtepompinstallatie bepaalt of de warmtepomp in staat is om het verwarmingsvermogen van de woning te dekken. Een onderschatte warmtepomp zorgt voor onvoldoende verwarming, terwijl een te grote warmtepomp onnodig energie verbruikt en duurder is.

Het vermogen van de warmtepompinstallatie wordt uitgedrukt in W/WK (Watt per Kelvin). Dit is het vermogen dat de warmtepomp kan leveren per graad verschil tussen de buitentemperatuur en de gewenste binnenluchttemperatuur. Om de juiste warmtepomp te kiezen, moet je dit vermogen berekenen op basis van het energieverbruik van de woning en de verwarmingseisen.

Methode 1: Berekening van het warmtepompvermogen op basis van gasverbruik

Een veelgebruikte methode in Nederland is de berekening op basis van het jaarlijks gasverbruik. Deze methode is eenvoudig en geschikt voor woningen waarvan het verbruik bekend is.

De formule is:

Vermogen warmtepompinstallatie [W] = jaarlijks gasverbruik in [m³] × 4 [W/m³] + volume tapwater [liter] × 10 [W/liter]

Voorbeeldberekening:

Een woning verbruikt 1500 m³ gas per jaar en heeft een 150-liter indirect gestookte boiler die door dezelfde warmtepomp wordt verwarmd. Dan is het benodigde vermogen:

Vermogen = 1500 × 4 + 150 × 10 = 6000 + 1500 = 7500 W

Dit betekent dat een warmtepompinstallatie met een vermogen van minimaal 7500 W nodig is.

Methode 2: Berekening van het warmtepompvermogen op basis van het vermogen van de CV

Een andere methode is het bepalen van het vermogen van de centrale verwarming (CV) in W/K, wat het vermogen aangeeft dat de CV kan leveren per graad temperatuurverschil. Dit is belangrijk voor het instellen van de stooklijn, die aangeeft hoe warm het CV-water moet zijn bij verschillende buitentemperaturen.

De formule voor het berekenen van het vermogen van de CV is:

Vermogen CV [W/K] = ( C - B ) × 9000 × 2 / ( 50 - A )

Waarbij:

• C = de temperatuur van het CV-water bij 50°C buitentemperatuur
• B = de temperatuur van het CV-water bij 15°C buitentemperatuur
• A = de temperatuur van het CV-water bij 15°C buitentemperatuur

Voorbeeld:

Als bij 50°C buitentemperatuur het CV-water 55°C is, en bij 15°C buitentemperatuur het CV-water 25°C is, dan is:

Vermogen CV = (55 - 25) × 9000 × 2 / (50 - 25) = 30 × 9000 × 2 / 25 = 216000 / 25 = 8640 W/K

Instellen van de stooklijn

De stooklijn bepaalt de temperatuur van het CV-water op basis van de buitentemperatuur. Het is belangrijk om de stooklijn correct in te stellen, zowel voor comfort als voor energie-efficiëntie.

Een standaard stooklijn loopt tussen twee instelpunten:

• [T+20]: de temperatuur van het CV-water bij een buitentemperatuur van +20°C
• [T-10]: de temperatuur van het CV-water bij een buitentemperatuur van -10°C

De formule voor het bepalen van [T-10] is:

[T-10] = 20°C + (Vermogen warmtepompinstallatie [W] / Vermogen CV [W/K])

Voorbeeld:

Als het vermogen van de warmtepompinstallatie 9600 W is en het vermogen van de CV is 300 W/K, dan is:

[T-10] = 20 + 9600 / 300 = 20 + 32 = 52°C

Dit betekent dat bij een buitentemperatuur van -10°C het CV-water 52°C moet zijn om de verwarmingseis te dekken.

Berekening van het stroomverbruik

Het stroomverbruik van een lucht-water warmtepomp hangt af van meerdere factoren, waaronder:

• Het COP en SPF van de warmtepomp
• De isolatiegraad van de woning
• De buitentemperatuur
• De stooklijninstellingen
• Het energieverbruik voor sanitair water

Gemiddeld verbruikt een lucht-water warmtepomp 2 tot 4 kWh per dag, wat over het jaar neerkomt op 730 tot 1460 kWh voor een gemiddeld huishouden.

De formule voor het berekenen van het jaarlijks stroomverbruik is:

Verbruik [kWu] = [D] × 9 / ( [A] + ( [B] - [A] ) × ( 55 - [C] ) / 20 )

Waarbij:

• [D] = de volume van de woning in m³
• [A] = de SCOP van de warmtepomp bij 35°C
• [B] = de SCOP van de warmtepomp bij 55°C
• [C] = de gewenste stooklijn in °C

Voorbeeld:

Voor een warmtepomp met:

• [A] = 3,5
• [B] = 5,1
• [C] = 50°C
• [D] = 1600 m³

Dan is:

Verbruik = 1600 × 9 / ( 3,5 + ( 5,1 - 3,5 ) × ( 55 - 50 ) / 20 ) = 14400 / ( 3,5 + 1,6 × 5 / 20 ) = 14400 / 3,9 = 3692 kWh

Invloed van isolatie en klimaat

De isolatiegraad van de woning heeft een directe invloed op het stroomverbruik van de warmtepomp. Een goed geïsoleerde woning vermindert het warmteverlies en dus ook het energieverbruik van de warmtepomp.

Daarnaast speelt het klimaat een rol. In Nederland en België (midden-Europa) is het klimaat gematigd, wat betekent dat de buitentemperatuur vaak rond de 0°C ligt. Daarom is het belangrijk om de warmtepomp te kiezen op basis van de SCOP-waarde in het Nederlandse klimaat, die rekening houdt met de seizoensgebonden temperatuurvariaties.

Samenvatting: belangrijke stappen voor berekening

1. Bepaal het jaarlijks gasverbruik of het vermogen van de CV.
2. Bereken het benodigde vermogen van de warmtepompinstallatie.
3. Stel de stooklijn in op basis van de berekende waarden.
4. Bepaal het stroomverbruik op basis van SCOP- en COP-waarden.
5. Kies de juiste warmtepomp op basis van vermogen, rendement en klimaat.
6. Zoek een geaccrediteerde installateur voor de installatie.

Conclusie

Het berekenen van de capaciteit en het stroomverbruik van een lucht-water warmtepomp is een essentieel onderdeel van een efficiënte verwarmingsinstallatie. Met behulp van standaardformules en gegevens uit het Energie Label is het mogelijk om een realistische schatting te maken van het benodigde vermogen en energieverbruik. Deze berekeningen zijn afhankelijk van factoren zoals de isolatiegraad, het klimaat, en de stooklijninstellingen. Door deze stappen nauwkeurig te volgen, kunnen zowel comfort als energie-efficiëntie worden gegarandeerd.

Bronnen

1. Lucht-water warmtepomp COP-waarden
2. Berekening warmtepompvermogen
3. Stroomverbruik warmtepomp
4. Warmteverliesberekening