Bivariant vermogen van een warmtepomp: berekenen en optimaliseren voor efficiëntie

Inleiding

Het bivariant vermogen van een warmtepomp speelt een essentiële rol in het functioneren en het energieverbruik van het systeem. Het bivariant vermogen bepaalt hoe de warmtepomp zich gedraagt bij verschillende buitentemperaturen en hoe het samenwerkt met andere verwarmingsbronnen, zoals een centrale verwarming. Voor een optimale prestatie en energiebesparing is het belangrijk om dit vermogen correct te berekenen en in te stellen.

In dit artikel wordt de theorie en praktijk van het berekenen van het bivariant vermogen van een warmtepomp uitgebreid besproken. We zullen uitleggen wat het bivariant vermogen inhoudt, hoe het berekend kan worden, en welke factoren invloed hebben op het resultaat. Ook zullen we aandacht besteden aan het instellen van de stooklijn en de rol van het buffer- en boiler systeem bij het dimensioneren van een warmtepompinstallatie.

Het artikel is gericht op eigenaren van woningen, renoveerders en professionals in de bouw- en installatiesector die willen begrijpen hoe het bivariant vermogen van een warmtepomp beïnvloedt door de bouwkenmerken van het huis, het energieverbruik en de installatieparameters.

Wat is het bivariant vermogen van een warmtepomp?

Het bivariant vermogen van een warmtepomp verwijst naar het vermogen dat nodig is om de woning te verwarmen bij extreme buitentemperaturen, zoals -10 °C. In dit scenario is de warmtepomp verantwoordelijk voor het leveren van voldoende warmte om de woning op de gewenste temperatuur te houden. Het bivariant vermogen is dus het minimumvermogen dat de warmtepomp moet kunnen leveren bij de koudste buitentemperatuur die in rekening wordt gebracht.

Het vermogen wordt uitgedrukt in Watt [W] en is afhankelijk van het warmteverlies van de woning, de grootte en het type boiler, de stooklijn en andere installatieparameters. Het bivariant vermogen is essentieel voor het dimensioneren van de warmtepompinstallatie, omdat het bepaalt hoe groot het systeem moet zijn om de woning te kunnen verwarmen bij extreme omstandigheden.

Het warmteverlies van de woning berekenen

Het warmteverlies van een woning is een fundamentele parameter bij het berekenen van het bivariant vermogen. Het warmteverlies geeft aan hoeveel warmte de woning verliest per graad temperatuurverschil tussen de binnen- en buitentemperatuur. Het wordt uitgedrukt in Watt per Kelvin [W/K].

Een standaardmethode om het warmteverlies te berekenen is als volgt:

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

Voorbeeld:

Een woning verbruikt in december 228 m³ gas ([A]), heeft 4 bewoners ([B]) en de gemiddelde maandtemperatuur was 6 °C ([C]). Het warmteverlies is dan:

$$ \text{Warmteverlies} = \frac{(228 - 4 \cdot 7) \cdot 9000}{(16 - 6) \cdot 24 \cdot 31} = \frac{(228 - 28) \cdot 9000}{10 \cdot 24 \cdot 31} = \frac{200 \cdot 9000}{7440} = 238.7 \, [W/K] $$

Het warmteverlies van deze woning is dus ongeveer 239 W/K. Dit betekent dat de woning 239 W aan warmte verliest per graad temperatuurverschil tussen de binnen- en buitentemperatuur.

Het bivariant vermogen berekenen

Het bivariant vermogen van de warmtepompinstallatie kan berekend worden met behulp van het warmteverlies en het temperatuurverschil tussen de buitentemperatuur en de gewenste binnenruimtetemperatuur. Een veelgebruikte methode is:

$$ \text{Vermogen warmtepompinstallatie} [W] = \text{Warmteverlies} [W/K] \cdot \text{Temperatuurverschil} [K] $$

Voorbeeld:

Een woning heeft een warmteverlies van 220 W/K en de gewenste binnenruimtetemperatuur is 26 K hoger dan de buitentemperatuur. Het benodigde vermogen van de warmtepompinstallatie is:

$$ \text{Vermogen} = 220 \cdot 26 = 5720 \, [W] $$

Daarnaast moet het vermogen verhoogd worden met 10 W per liter boilerinhoud indien de warmtepomp ook het warme tapwater voorziet. Als er een 200-liter boiler wordt gebruikt, is het extra vermogen:

$$ \text{Extra vermogen} = 200 \cdot 10 = 2000 \, [W] $$

$$ \text{Totaal vermogen} = 5720 + 2000 = 7720 \, [W] $$

Methode 2: berekening op basis van jaarlijks gasverbruik

Een alternatieve methode om het bivariant vermogen te berekenen is op basis van het jaarlijks gasverbruik. Deze methode is specifiek ontwikkeld voor het Nederlandse klimaat:

$$ \text{Vermogen warmtepompinstallatie} [W] = \text{Jaarlijks gasverbruik} [m³] \cdot 4 \, [W/m³] $$

Voorbeeld:

Een woning verbruicht 1500 m³ gas per jaar. Het benodigde vermogen is dan:

$$ \text{Vermogen} = 1500 \cdot 4 = 6000 \, [W] $$

Als er ook een 150-liter boiler is, is het extra vermogen:

$$ \text{Extra vermogen} = 150 \cdot 10 = 1500 \, [W] $$

$$ \text{Totaal vermogen} = 6000 + 1500 = 7500 \, [W] $$

Het instellen van de stooklijn

De stooklijn is de relatie tussen de buitentemperatuur en de benodigde aanvoertemperatuur van het CV-water. De stooklijn wordt bepaald door twee instelpunten: [T+20] en [T-10].

• [T+20] is de temperatuur van het CV-water bij een buitentemperatuur van +20 °C.
  • Bij vloerverwarming is [T+20] = 20 °C.
  • Bij radiatoren is [T+20] = 25 °C.
• [T-10] is de temperatuur van het CV-water bij een buitentemperatuur van -10 °C.

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

$$ [T-10] = 20 °C + \frac{\text{Vermogen warmtepompinstallatie} [W]}{\text{Vermogen centrale verwarming} [W/K]} $$

Voorbeeld:

Als het vermogen van de warmtepompinstallatie 9600 W is en het vermogen van de centrale verwarming 300 W/K, is de instelling [T-10]:

$$ [T-10] = 20 + \frac{9600}{300} = 20 + 32 = 52 °C $$

Deze instelling zorgt ervoor dat het CV-water bij een buitentemperatuur van -10 °C 52 °C is, waardoor voldoende warmte kan worden afgegeven aan de woning.

Het vermogen van de centrale verwarming

Het vermogen van de centrale verwarming is een belangrijke parameter voor het instellen van de stooklijn. Het wordt uitgedrukt in [W/K] en geeft aan hoeveel warmte de CV kan afstaan per graad temperatuurverschil tussen het CV-water en de binnenruimte.

Het vermogen van de centrale verwarming kan berekend worden met de volgende formule:

$$ \text{Vermogen CV} [W/K] = \frac{(C - B) \cdot 9000 \cdot 2}{50 - A} $$

Voorwaarden voor deze meting: - Voer de meting uit als de temperatuur in de woning tussen 15 en 24 °C is. - Voer de meting niet uit als de maximale temperatuur van het CV-water lager dan 50 °C is. In dat geval dient overleg met de installateur plaats te vinden.

Het buffer- en boiler systeem

Het buffervat is een belangrijk onderdeel van een warmtepompinstallatie. Het fungeert als opslag voor warmte en zorgt ervoor dat de warmtepomp efficiënter werkt door te voorkomen dat het systeem te vaak aan- en uitgeschakeld moet worden.

Het volume van het buffervat is afhankelijk van het vermogen van de warmtepompinstallatie. Het buffervat moet voldoende groot zijn om warmte op te slaan en voldoende lang te leveren om comfort en efficiëntie te waarborgen.

De grootte van het boiler systeem is eveneens van invloed op het benodigde vermogen van de warmtepomp. Als de warmtepomp ook het warme tapwater moet leveren, moet het vermogen verhoogd worden met 10 W per liter boilerinhoud.

Het stroomverbruik van de warmtepomp

Het stroomverbruik van een warmtepomp is afhankelijk van het thermische vermogen, de seizoensprestatiefactor (SPF) en het aantal bedrijfsuren. De formule voor het stroomverbruik is:

$$ \text{Stroomverbruik} [kWh] = \frac{\text{Thermisch vermogen} [kW]}{\text{SPF}} \cdot \text{Bedrijfsuren} $$

Voorbeeld:

Een grond/water-warmtepomp van 10 kW met een SPF van 4,0 die 2000 uren per jaar draait, heeft een stroomverbruik van:

$$ \text{Stroomverbruik} = \frac{10}{4} \cdot 2000 = 5000 \, [kWh] $$

Het energieverbruik kan verder berekend worden door het aantal kWh te vermenigvuldigen met de prijs per kWh.

Invloed van isolatie en bouwkenmerken

De energieprestatie van een woning heeft grote invloed op het benodigde vermogen van de warmtepomp. Een goed geïsoleerde woning heeft een lager warmteverlies en dus een lager benodigd vermogen.

De berekening van het warmteverlies kan aangepast worden door rekening te houden met eventuele isolatieverbeteringen. Bijvoorbeeld:

$$ \text{Besparing gas} [m³gas/m²isolatie] = \text{Besparing} $$

Een grotere isolatiebreedte zorgt voor een lagere verlieswaarde en dus voor een kleinere warmtepompinstallatie.

Geluid en energieopslag

Ondanks de technische voordelen van warmtepompen is er ook aandacht voor het geluidsniveau. De warmtepomp moet zodanig worden geïnstalleerd dat het geluidsniveau binnen de wettelijke grenzen blijft. Dit is zowel van belang voor de comfortbaarheid van de bewoners als voor de wettelijke eisen ten aanzien van het geluidsniveau naar buurhuis.

Daarnaast is het belangrijk om rekening te houden met de energieopslag in de leidingen. Het transportvermogen van de CV-leidingen is afhankelijk van de buisdiameter, de pompsnelheid en het temperatuurverschil tussen aanvoer en afvoer. Voor een warmtepompinstallatie van 10 kW met een temperatuurverschil van 5 °C en een pompsnelheid van 0,5 m/s, is een buisdiameter van minstens 35 mm nodig.

Conclusie

Het bivariant vermogen van een warmtepomp is een essentieel criterium bij het dimensioneren van een warmtepompinstallatie. Het bepaalt hoe groot de warmtepomp moet zijn om de woning te kunnen verwarmen bij de koudste buitentemperatuur. Het bivariant vermogen hangt af van het warmteverlies van de woning, de grootte van het boiler systeem, de stooklijn en andere installatieparameters.

Het berekenen van het bivariant vermogen vereist een nauwkeurige meting van het warmteverlies en een goede kennis van de technische parameters van de warmtepomp. Het instellen van de stooklijn en het kiezen van een geschikt buffer- en boiler systeem zijn essentieel voor het behalen van een optimale prestatie en energiebesparing.

Door het bivariant vermogen correct te berekenen en in te stellen, kunnen woningen efficiënter worden verwarmd met een warmtepompinstallatie die zowel comfort als energieefficiëntie biedt.

Bronnen

1. Warmtepomp berekenen
2. Stroomverbruik van een warmtepomp