Optimaal dimensioneren van warmtepompinstallaties: essentiële stappen, formules en rekenvoorbeelden

Het dimensioneren van een warmtepompinstallatie is een complexe, maar cruciale stap in de overstap naar een efficiënte verwarming. Als onjuist afgewogen, kan een warmtepompinstallatie leiden tot comfortverlies, hogere energiekosten of onnodig verbruik van buitengestookte energie. In dit artikel wordt een overzicht gegeven van de belangrijkste kengetallen, formules en praktijkvoorbeelden voor het berekenen en dimensioneren van een warmtepompinstallatie, met name gericht op het Nederlandse klimaat en gebruikers van gasverwarmingsinstallaties. Op basis van de gegeven formules en voorbeelden is het mogelijk om zelf een goed afgewogen warmtepomp te kiezen, mits de basiswaarden goed worden ingevuld.

De betrouwbaarheid van de gegeven informatie is afhankelijk van de door warmtepompberekenen.nl gepresenteerde methode, waaraan slechts één bron is toegekend. Hoewel de formules veelzijdig zijn en talloze praktijkvoorbeelden bevatten, kan de preciesheid in bepaalde situaties variëren, met name wanneer het buitentemperatuurverloop of technische specificaties van apparatuur buiten het normale bereik liggen.

Het artikel is opgebouwd rondom het volgende logische stappenplan:

1. Bepalen van het benodigde vermogen van de warmtepompinstallatie
2. Het berekenen van warmteverlies in de woning
3. Dimensioneren van het buffervat en doucherwhit
4. Bepaling van de stooklijn van de warmtepomp
5. Berekening van het stroomverbruik op basis van de SCOP
6. De invloed van de indirect gestookte boiler op het totale vermogen
7. Analyse van het praktische voorbeeld op basis van gegeven parameters

Aan het eind van het artikel volgt een bronvermelding, evenals toelichting op de limiterende aspecten van de voorgestelde informatie.

1. Berekenen van het vermogen van de warmtepompinstallatie

Het vermogen van de warmtepompinstallatie is afhankelijk van het warmteverlies van de woning en eventueel de afmetingen van de indirect gestookte boiler.

1.1 Methode 1: op basis van warmteverlies

Een veelgebruikte methode om het benodigde vermogen te bepalen is:

$$ \text{Vermogen warmtepompinstallatie} = \text{Warmteverlies woning in [W/K]} \times 26 \text{[K]} $$

Daarnaast, bij gebruik van een indirect gestookte boiler voor warm tapwater, moet er extra vermogen worden toegevoegd dat gedefinieerd is als:

$$ \text{Extra vermogen voor boiler} = 10 \text{[W/liter]} \times \text{Inhoud boiler [liter]} $$

Voorbeeld:

Een woning heeft een warmteverlies van 220 W/K en een indirecte boiler van 200 liter. De benodigde installatie vermogen moet dan minimaal zijn:

$$ \text{Verplicht vermogen} = 220 \text{[W/K]} \times 26 \text{[K]} + 200 \text{[liter]} \times 10 \text{[W/liter]} = 5720 \text{[W]} + 2000 \text{[W]} = 7720 \text{[W]} $$

Dit betekent dat het warmtepompvermogen van de installatie niet lager mag zijn dan 7720 W, ofwel ongeveer 7,7 kW. Dit gegeven is van grote betekenis bij het kiezen van een warmtepomp, aangezien het minimumvermogen voor koudweersituaties meestal bepalend is voor continu comfort.

1.2 Methode 2: op basis van jaarlijks gasverbruik

Een alternatieve, en vaker toepasbare methode in het Nederlandse klimaat, maakt gebruik van het jaarlijks gasverbruik van een woning.

De formule is als volgt:

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

Voorbeeld:

Een woning verbruikt 1500 m³ gas per jaar. Er is sprake van een indirecte boiler van 150 liter.

$$ \text{Vermogen} = 1500 \text{[m³]} \times 4 \text{[W/m³]} + 150 \text{[liter]} \times 10 \text{[W/liter]} = 6000 \text{[W]} + 1500 \text{[W]} = 7500 \text{[W]} $$

Dit geeft een benodigd warmtepompvermogen van 7,5 kW.

Opmerking: Beide berekeningsmethodes zijn handig, maar de nauwkeurigheid kan lopen afhankelijk van de kwaliteit van de gasverbruiksmeting. De methode via het warmteverlies is meer objectief, maar vereist een bepaalde technische kennis.

2. Bepalen van het warmteverlies van de woning

Het warmteverlies is essentieel in het bepalen van het benodigde vermogen. Het warmteverlies kan op twee manieren worden bepaald.

2.1 Op basis van gasverbruik en gebouwgegevens

Een optioneel formule om het warmteverlies van een woning te schatten is:

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

Waarbij: - A = maandelijkse indexaanduiding door een gasmeter - B = hoeveelheid gas per m² verlaagd per miskorting op het verbruik (indien van toepassing) - C = gemiddelde temperatuur in de woning in ⁰C

Deze formule is niet geheel eenduidig doordat het niet aangegeven wordt hoe de parameters A, B en C exact dienen te worden bepaald, en omdat ze afhankelijk zijn van externe metingen. Daarom wordt het aanbevolen het warmteverlies te meten via professionele diensten of andere objectieve methoden.

3. Dimensioneren van het buffervat

Het buffervat speelt een cruciale rol bij de optimalisatie van het warmtepompbedrijf door thermische massa op te slaan en de installatie stabiel te laten lopen.

3.1 Volume berekening buffervat

Het benodigde volume van het buffervat wordt berekend met:

$$ \text{Volume buffervat [liter]} = \text{Laagste vermogen warmtepompinstallatie [kW]} \times 20 \text{[liter/kW]} \quad (\text{bij een delta T van 5⁰C}) $$

Voor hogere delta T (dat wil zeggen grotere temperatuurverschillen tussen inlaat en uitlaat van de verwarmingsinstallatie):

$$ \text{Extra per 1⁰C} = 4 \text{[liter/kW]} $$

Voorbeeld:

Een warmtepomp met een laagste vermogen van 4 kW in een CV-installatie met een delta T van 5⁰C.

$$ \text{Volume} = 4 \text{[kW]} \times 20 \text{[liter/kW]} = 80 \text{ liter} $$

Bij delta T van 7⁰C:

$$ \text{Volume} = 4 \text{[kW]} \times (20 + (7 - 5) \times 4) = 4 \times (20 + 8) = 112 \text{ liter} $$

Een te klein buffer kan overbelasting van de warmtepomp of comfortverlies tot gevolg hebben.

4. Verbruik berekenen met de SCOP

Om het stroomverbruik van de warmtepompinstallatie per jaar in kilowat uur (kWu) te berekenen, is de SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) een belangrijk criterium.

De SCOP geven aan hoeveel warmte de warmtepomp levert per gebruikte kWh aan elektriciteit. Voorbeeldwaarden worden gepresenteerd voor warmtepompen in het Nederlandse klimaat (SCOP 35⁰C of 55⁰C).

$$ \text{Verbruik [kWu]} = \frac{D \times 9}{A + (B - A) \times \frac{(55 - C)}{20}} $$

Waarbij: - A = SCOP bij laagste buitentemperatuur - B = SCOP bij gehele seizoen - C = stooklijn van de warmtepomp - D = jaarlijkse gasverbruik in m³

Voorbeeld:

Een warmtepomp met: - SCOP bij laagste temperatuur: A = 3,5 - SCOP gemiddeld: B = 5,1 - Stooklijn van warmtepomp: C = 50⁰C - Jaarlijks gasverbruik: D = 1600 m³

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

Dit betekent dat de warmtepomp per jaar ongeveer 3692 kWh aan energie nodig heeft.

5. Invloed van indirect gestookte boiler

Het gebruik van een indirect gestookte boiler speelt eveneens een rol in de vereisten voor het benodigde warmtepompvermogen.

Voor warm tapwater wordt bijvoorbeeld 10 W/liter aan extra vermogen gevraagd. Hiermee dient het warmtepompvermogen bij de installatie groter te worden gedimensioneerd.

Zoals eerder in dit artikel getoond, is het vermogen als volgt berekend:

$$ \text{Vermogen} = \text{Warmteverlies [W/K]} \times 26 [K] + \text{10 [W/liter]} \times \text{Inhoud boiler [liter]} $$

Dit verklaart dat bij het vergroten van de afmetingen van de boiler, direct meer warmtevermogen moet worden aangevraagd.

6. Stooklijn bepalen: hoe werkt de automatische temperegeling?

De stooklijn bepaalt de temperatuur die het CV-water moet bereiken, afhankelijk van de buitentemperatuur. De stooklijn is van invloed op het comfort en het energieverbruik.

Een standaard stooklijn bevat twee instelpunten: - [T+20] = Temperatuur van CV-water bij buitenlucht van +20⁰C
- [T-10] = Temperatuur van CV-water bij buitenlucht van -10⁰C

Deze parameters worden berekend op basis van het geleverde vermogen en het vermogen van de CV-afgifte:

$$ \text{[T-10]} = 20⁰C + \frac{\text{Vermogen warmtepomp [W]}}{\text{Vermogen CV [W/K]}} $$

Voorbeeld:

• Warmtepompvermogen: 9600 W
• CV-afgiftevermogen: 300 W/K

$$ \text{[T-10]} = 20⁰C + \frac{9600}{300} = 20 + 32 = 52⁰C $$

>

7. Dimensionering van de boiler voor warm tapwater

De boiler is verantwoordelijk voor warm tapwater. Het benodigde volume wordt bepaald op basis van het aantal personen en het gebruik van een spaardouche.

De formule is:

$$ \text{Minimaal volume boiler bij spaardouche [liter]} = \text{Aantal personen} \times 34 [\text{liter/persoon}] $$

Voorbeeld van een gezin van 4 personen:

$$ \text{Boiler volume} = 4 \times 34 = 136 \text{ liter} $$

Een grotere boiler vermindert het vaker opboksen van de warmtepomp voor korte warmtapwaterbehoefte.

8. Koppeling met de aanvoerleiding

De diameter van de aanvoerleiding van de warmtepomp naar het buffervat is van betekenis voor de thermische uitwisseling.

Hoewel de formule het exacte benodigde koppelen niet volledig toegankelijk maakt, is een juist afgestelde diameter noodzakelijk voor zowel het beperken van warmteverlies, het opslaan van thermische massa en om de temperatuur in het systeem stabiel te houden.

Op basis van praktijkvoorbeelden lijkt de aanbevolen diameter van de leiding rond de 25 tot 40 mm te liggen, afhankelijk van het volume en het verval over het systeem.

9. Geluidsberekening en akoestische impact

De overheid legt grenswaarden vast voor geluidsproducties van warmtepompinstallaties. De geluidproductieswaarde wordt berekend in dB(A), waarbij bepaalde regio’s (zoals woonkernen) lage emissiewaarden eisen, terwijl licht bebouwde gebieden meer ruimte bieden.

Daarop is geen berekeningsformule gegeven in de bron, waarom hiermee verder niet kan worden gewerkt, tenzij er geluidsmetingen zijn van de exacte warmtepomp.

10. Terugleververgoeding en subsidie voor zonnepanelen

Hoewel warmtepompen in de nadruk centraal staan, zijn combinaties met zonnepanelen steeds populairder. Deze combinaties helpen met het dempen van netto stroomverbruik en soms zelfs het genereren van inkomsten via terugleververgoeding.

De exacte vergoeding, formule of berekening is helaas niet ter plaatse verwerkt in de gegevens bron.

Conclusie

De correcte dimensionering van een warmtepompinstallatie is cruciaal om een optimale combinatie van comfort en energiebesparing te realiseren. De gegeven formules bieden een waardevol instrumentarium voor onafhankelijke berekening, mits de nodige technische gegevens behoorlijk zijn ingevuld. Het is daarom altijd aan te bevelen om te beginnen met het bepalen van het warmteverlies van de woning, de afmetingen van boiler en buffervat, het vermogen van de warmtepompinstallatie en de SCOP-indicatie van de warmtepompuitvoering.

Hoewel de voorgestelde methode van warmtepompberekenen.nl uitvoerig is, kan het in sommige gevallen beperkt zijn tot gegevens die niet over de hele levenscyclus beschikbaar zijn of moeilijk te meten zijn op woninglevel. Daarom is het aan te bevelen om ook diensten in te schakelen waarin een professionele thermische bepaling van de woning centraal staat.

Voor de meeste particuliere huiseigenaars in het Nederlandse klimaat voldoet het dimensioneren op basis van jaarlijks gasverbruik vaak als een goede start. Daarnaast is het noodzakelijk om het optimaliserend vermogen van de warmtepomp in warmtetransductie (SCOP) rekening te houden om het stroomverbruik en daarmee ook de onkosten te beheersen.

Tenslotte is het belangrijk om tijdens het gehele proces de hulp in roepen van een kwaliteitsvolle installateur. Niet alleen voor de bestaansvraag van een goede warmtepompinstallatie, maar ook voor de continue optimalisatie van het gehele thermische systeem na inbedrijving zijn.

Bronnen

1. warmtepompberekenen.nl