Wij wensen alle lezers een maximum aan informatie en veel plezier toe bij het gebruik van de handleiding.

Transcriptie

1

2 Voorwoord De tijden, waarin opdrachtgevers en renovatie-installateurs alleen konden kiezen tussen een olie- of gasverwarming, zijn voorbij. De aanhoudend stijgende prijzen voor ruwe olie en de klimaatverandering leiden ertoe, dat alternatieven meer dan ooit worden gevraagd. Dit komt de warmtepompverwarming te pas. Steeds meer opdrachtgevers stappen over op de schone, hernieuwbare milieu-energie. De warmtepompmarkt heeft zich in de laatste jaren in heel Europa op een indrukwekkende wijze ontwikkeld. Jaarlijkse groeicijfers van procent en meer spreken een duidelijke taal. Wij zijn echter van mening, dat er nog een veel groter potentieel in de verwarmingsmarkt aanwezig is. De toepassing van de omgevingswarmte uit de lucht, de aardbodem en uit het water voor verwarming, koeling en bereiding van warmtapwater is echter meer dan een modeverschijnsel. Het is vooral een effectieve maatregel voor de reducering van de CO 2 - uitstoot. Wij, als huidige generatie, dragen de verantwoordelijkheid voor morgen. Daarbij hoort ook het behoud en het zuinig omgaan met het milieu. Bovendien zijn aardolie en gas als grondstoffen veel te waardevol om ze eenvoudig onherroepelijk te verbranden. Ook de politiek heeft dit onderkend. Actuele onderzoeken naar de doeltreffendheid van de verschillende wetten en verordeningen met het doel de reductie van de CO 2 tonen aan, dat warmtepompen, beschouwd in het totale energiekader, bijzonder voordelig zijn. Met onze Warmtepompen Guide geven wij architecten, ontwerpers en installateurs een betrouwbaar en eenvoudig te gebruiken gereedschap in de hand voor advisering, ontwerp en uitvoering. Naast algemene fysische en technische grondbeginselen, geeft onze Warmtepompen Guide u tevens talrijke gebruikstips. Warmtepompsystemen van Alpha-InnoTec genieten een uitstekende naam. Dankzij uiterst effectieve, zeer innovatieve ontwikkelingen op het gebied van de warmtepomptechniek, boeken wij in Europa uitstekende groeicijfers. Ons zwaartepunt ligt daarbij op compacte en gebruikersvriendelijke systemen zoals optimaal geïntegreerde producten, die alle vereiste hydraulische componenten evenals warmtapwaterbereiding en passieve koeling in één toestel verenigen. Met name de koelfunctie wint steeds meer aan betekenis en is een doorslaggevend argument in vergelijking met fossiele warmteopwekkers. Om de warmtepomp zo efficiënt en rendabel mogelijk te laten werken, moeten enkele basisaspecten in acht genomen worden. Dat alles vindt u in de Alpha-InnoTech Warmtepompen Guide uitgebreid verklaard en vanuit de praktijk beschreven. Ongeacht of u zich slechts een kort overzicht over het thema wilt verschaffen of een gedetailleerde handleiding voor het ontwerp van een warmtepomp zoekt. In de Alpha-InnoTec Warmtepompen Guide vindt u in ieder geval wat u zoekt. Gebruik het naslagwerk als technische referentie, als praktische gebruikershulp of voor argumenterende ondersteuning bij uw advisering. De warmtepomp is geen nicheproduct meer en heeft inmiddels over de gehele wereld zijn plaats gevonden. Op basis hiervan beschouwen wij de GUIDE ook als een landenoverschrijdend werk en wij zouden tegelijkertijd onze dank willen uitspreken aan onze partner Nathan Import / Export B.V. Nederland voor de uitgebreide ondersteuning, de aanpassing aan alle vereiste normen en landspecifieke gegevens en de stimulerende samenwerking. Wij wensen alle lezers een maximum aan informatie en veel plezier toe bij het gebruik van de handleiding.

3 1 Ontwerp Fysische en technische grondbeginselen...5 Warmte- en vermogensbehoefte Warmtepompen Lucht/water warmtepomp Lucht/water buitenopstelling...24 Lucht/water binnenopstelling...28 Brine/water warmtepomp...31 Warmtebron bodem...32 Horizontale bodemwarmtewisselaar...35 Bodemwarmtewisselaar...41 Water/water warmtepomp...47 Warmtebron grondwater Installatietechniek 4 Kennis Gebruikswijzen van de warmtepomp...53 Integratie in het verwarmingssysteem...54 Zwembadverwarming...58 Praktische tips en veelgestelde vragen...61 Woordenlijst...73

4

5 Fysische en technische grondbeginselen 3. Fysische en technische grondbeginselen. Werkwijze van de warmtepompen...5. Rendement en prestatiecoëfficiënt...6. Warmte- en vermogensbehoefte. Vermogensbehoefte...7. Totale vermogensbehoefte...7. Verwarmingvermogensbehoefte...7. Vermogensbehoefte voor warmtapwaterbereiding...8. Vermogensbehoefte voor speciaal gebruik...8. Aanvoertemperatuur van het afgiftesysteem...9. Selectie van de warmtebron...9. Warmtebron lucht Warmtebron bodem Warmtebron water Bedrijfsmodi De gemiddelde buitentemperatuur over een jaar Monovalente bedrijfsmodus Mono-energetische bedrijfsmodus Bivalente bedrijfsmodus Warmtepompselectie bij mono-energetisch of bivalent bedrijf Mono-energetische ontwerpvoorbeelden Aanwijzingen voor het ontwerp Vermogensgegevens Samenvattende aanwijzingen...16

6

7 Fysische en technische grondbeginselen 5 Werkwijze van de warmtepompen In Europa wordt ruim een kwart (29%) van de eindenergie verbruikt in privé huishoudens (bron: Samenwerkingsverband Energiebalans 08/2003). Ruim driekwart daarvan worden aangewend voor de ruimteverwarming. Reden genoeg om hier inspanningen te starten voor besparing van energie en vermindering van de CO2 uitstoot. Alternatieven kunnen worden benut door warmte-isolatie, bijvoorbeeld verbeterde isolatie, dubbele beglazing en zuinig en een milieuvriendelijk verwarmingssysteem. Eindenergieverbruik van huishoudingen Werkwijze van de warmtepompen Warmtepompen werken volgens het principe van een koelkast: dezelfde techniek, alleen omgekeerde opbrengst. De koelkast onttrekt warmte aan de levensmiddelen. Deze geeft hij aan de achterkant via lamellen af aan de ruimte. De warmtepomp onttrekt warmte aan ons milieu, uit de lucht, de bodem of het water. Deze verkregen warmte wordt in het toestel voor verder gebruik geschikt gemaakt en aan het verwarmingswater doorgegeven. Zelfs wanneer er buiten sprake is van strenge vorst, haalt de warmtepomp nog zoveel warmte als nodig is voor het verwarmen van een huis. Koken 3,7 % Warm water 10,5 % Verlichting 1,4 % Elektrische apparatuur 6,6 % Warmte zonder verbranding zo kan de werking van de warmtepomp kort worden samengevat. Het principe dient nader te worden beschouwd om de verschillen met de conventionele verwarmingsketels te kunnen verduidelijken Als aanvulling op de energieaansluiting heeft de warmtepomp een warmtebron nodig. De aanvoertemperaturen zijn begrensd op 55 C dan wel 65 C, in het ideale geval 35 C tot 40 C. Laag geselecteerde aanvoertemperaturen worden door de warmtepomp beloond met lagere bedrijfskosten. Verwarming 77,8 % Het grootste gedeelte van de verwarmingsenergie, die door een warmtepomp ter beschikking staat, wordt aan het milieu onttrokken. Slechts een fractie moet als arbeidsenergie worden toegevoerd. Het prestatiecoëfficiënt (het rendement van de warmtepomp) ligt in de regel tussen 3 tot 6. Warmtepompen bieden zodoende een ideale voorwaarde voor energiebesparend en milieuvriendelijk verwarmen Aandrijfenergie Bron: BWP Voorbeeld van het temperatuurverloop bij een lucht/water warmtepomp buitenopstelling warmtepomp Lucht 0 C Lucht -5 C Verwarmingsretour 28 C Verwarmingsaanvoer 35 C Hoe gaat dat in zijn werk? De warmtepomp is een thermodynamische machine, waarin een arbeidsmedium een kringloop volgt. Het arbeidsmedium verandert daarbij zijn aggregatietoestand van vloeibaar naar gasvormig. Het proces doorloopt achter elkaar de volgende componenten en/of arbeidsstappen: Verdamper: Aan het proces wordt omgevings-energie toegevoerd. Het arbeidsmedium komt met een lage temperatuur vloeibaar in de verdamper van de warmtepomp binnen. Hier neemt het uit de warmtebron (bijvoorbeeld buitenlucht) warmte op, de temperatuur van het arbeidsmedium stijgt en verlaat verwarmd gasvormig de verdamper. Compressor: Aan het proces wordt arbeidsenergie toegevoerd. Het gasvormige arbeidsmedium wordt gecomprimeerd, waarbij de druk wordt verhoogd. Evenals bij een fietspomp gaat de temperatuur van het arbeidsmedium omhoog door de drukverhoging (heet gas). Condensator: Het proces geeft via het hete gas warmte af aan het koudere verwarmingswater. Daarbij wordt het arbeidsmedium weer vloeibaar, het koelt af tot ongeveer de temperatuur van het verwarmingswater. Expansieventiel: De druk van het arbeidsmedium wordt gereduceerd en het arbeidsmedium wordt kouder. Een dergelijk effect is ook waar te nemen bij spuitbussen: tijdens het spuiten (expanderen of drukvermindering van de inhoud) worden spuitbussen duidelijk kouder. Het arbeidsmedium verlaat het expansieventiel met een temperatuur, die onder de temperatuur van de warmtebron ligt.

8 6 Fysische en technische grondbeginselen Rendement en prestatiecoëfficiënt Het rendement (h) beschrijft de verhouding van beschikbare vermogen tot opgenomen vermogen. Bij ideale processen is het rendement 1. Technische processen zijn steeds met verliezen verbonden, om die reden zijn rendementen van technische apparaten steeds kleiner dan 1 ( < 1). : Rendement Q. : Afgegeven beschikbaar vermogen N P el : Toegevoerd vermogen (elektrisch) Bij warmtepompen wordt een groot gedeelte van de energie onttrokken aan het milieu. Dit gedeelte wordt niet als aangewende energie beschouwd aangezien deze kosteloos ter beschikking staat. Het aldus gevormde rendement zou groter zijn dan 1, wat technisch niet correct is. Voor warmtepompen is daarom voor de omschrijving van de verhouding van beschikbare energie tot aangewende energie (in dit geval de zuivere arbeidsenergie) het prestatiecoëfficiënt (of COP) ingevoerd. Het prestatiecoëfficiënt van warmtepompen ligt in de orde van grootte = 3-6. cop: Q. : WP P el : = QN Pel cop= QWP Pel Prestatiecoëfficiënt (coefficient of performance) Afgegeven warmtecapaciteit Elektrische vermogensafname (DIN EN 255/EN 14511) Terwijl het prestatiecoëfficiënt de effectiviteit van de warmtepomp op een gedefinieerd arbeidspunt beschrijft, wordt de effectiviteit van de hele installatie gedurende het gehele jaar beschreven door het jaarrendement : = WNutz Wel : Jaarrendement W Nutz : Verwarmingsarbeid W el : Toegevoerde aandrijfarbeid Het jaarrendement van Alpha-Innotec warmtepompinstallaties kan met behulp van het berekeningsprogramma Alpha-Plan redelijk goed worden berekend. De vooraf opgeslagen transport- en transformatieketen van elektrische en fossiele energiedragers is aansprakelijk voor uiteenlopend grote verliezen. Een correcte vergelijking tussen verwarmingsketel en warmtepomp dient met deze verliezen rekening te houden. De primaire energiebenuttingsgraad beschrijft de verhouding van nuttige energie tot toegepaste primaire energie, met inachtneming van de verliezen bij transformatie en transport (zie grafiek Primair energieverbruik). Voor verwarmingsketels geldt steeds PEN < 100 %, terwijl PEN > 100 % bereiken. Het prestatiecoëfficiënt en het daarmee verbonden jaarrendement, kan bij het installatieontwerp worden beïnvloed door een praktische keuze van warmtebron en warmte-afgiftesysteem. Hoe kleiner het verschil tussen cv-aanvoer- en brontemperatuur, des te beter is het rendement. Het beste rendement ontstaat bij hoge temperaturen van de warmtebron en lage aanvoertemperaturen in het warmte-afgiftesysteem die vooral door vloer- of wandverwarming worden bereikt. Bij het ontwerp van de installatie vindt een afweging plaats tussen een effectieve bedrijfswijze van de warmtepompinstallatie en de investeringskosten dan wel de kosten voor de bouw van de installatie. Benodigd primaire energieverbruik om de benodigde nuttige energie op te wekken Olie gestookte-centrale verwarming Verliezen Verwarmingswarmte Warmtepompen verwarming Verliezen Verwarmingswarmte Regeling en verdeling Nuttige energie Regeling en verdeling 5 Nuttige energie 100 Omgevingswarmte (aardwarmte) 105 Verwarmingsketel Beschikbaarstelling en transport Door de klant te betalen eindenergie (brandstofolie) Primaire energie (aardolie) Stroomverdeling Energiecentrale Beschikbaarstelling en transport Door de klant te betalen eindenergie (stroom) Primaire energie (kolen, kernenergie, waterkracht)

9 Warmte- en vermogensbehoefte 7 Vermogensbehoefte De juiste dimensionering is bij warmtepompinstallaties van groot belang. Door te kleine warmtepompen ontstaan comfortverliezen en verhoogde verwarmingskosten. Te groot gekozen toestellen zijn vaak verbonden met onevenredig hoge installatiekosten. Om die reden dienen over- en onderdimensioneringen absoluut te worden voorkomen! Voor het op de behoefte afgestemde ontwerp van de warmtepomp zijn de volgende gegevens noodzakelijk: Totale vermogensbehoefte Verwarmingvermogensbehoefte van het gebouw Vermogensbehoefte voor warmtapwaterbereiding Vermogensbehoefte voor speciaal gebruik Aanvoertemperatuur van het afgiftesysteem Selectie van de warmtebron Bedrijfsmodus van de warmtepomp Totale vermogensbehoefte = Q WP De totale vermogensbehoefte ontstaat door de benutting van het gebouw en de verbruiksgewoonten van de bewoners. Hij bestaat uit de vereiste vermogens ter dekking van de behoefte aan verwarmingswarmte, de behoefte aan warmtapwater en de behoefte aan speciaal gebruik zoals bijvoorbeeld zwembadverwarming. Warmteproductiebehoefte + Vermogensbehoefte voor warmtapwaterbereiding + Vermogensbehoefte voor speciaal gebruik = Totale vermogensbehoefte De totale vermogensbehoefte moet door de verwarmingsinstallatie worden afgedekt. Daarenboven wordt het vereiste vermogen van de warmtepomp bepaald door extra factoren zoals de bedrijfsmodus. Warmtebehoefte = Q (verwarmingsbelasting gebouw) G De juiste berekening van de verwarmingvermogensbehoefte en/of van de te verwarmen woning wordt bepaald volgens ISSO in Nederland en NBN B in België of volgens de landenspecifiek geldende normen en richtlijnen. Bij bestaande gebouwen kan voor de voorselectie globaal worden teruggevallen op het energieverbruik van het afgelopen jaar of er kan, minder nauwkeurig, een raming plaatsvinden aan de hand van het bouwjaar. De vaststelling uit het energieverbruik heeft als voordeel, dat rekening wordt gehouden met van de norm afwijkende verbruiksgewoonten. In geen geval moet het vermogen worden overgenomen van een aanwezige verwarmingsketel, aangezien die in de regel overgedimensioneerd zijn. Energiedrager Praktijkwaarden Nederland / België ¹) Divisor Aardgas (m 3 ) 230 m 3 /(a kw) Brandstofolie (l) 250 l/(a kw) Vloeibaar gas (l) 335 l/(a kw) *) Divisor geldt voor normaal warmtapwaterverbruik, een- of tweegezinswoningen 1) Geldig voor 1900 vollast draai-uren en een jaarlijks ketelrendement van 75 %. 2) Geldig voor 1800 vollast draai-uren en een jaarlijks ketelrendement van 70 %. *) Temperatuurafhankelijk Wanneer de verwarmingvermogensbehoefte wordt vastgesteld volgens de verbruikswaarden, dient te worden uitgegaan van de gemiddelde waarde van het energieverbruik van de laatste 3 tot 5 jaar teneinde statistische uitschieters uit te sluiten. Let erop dat bij een verhoogde behoefte aan warmtapwater (bijvoorbeeld in een sportgebouw) de vermogensbehoefte niet uit het verbruik kan worden vastgesteld. Als in een eengezinswoning (circa 4 personen) ook de warmtapwaterbereiding mede is opgenomen in de verbruikswaarden, dan kan bij aansluitende decentrale warmtapwaterbereiding circa 15% van het verbruik worden afgetrokken. Bij ontbrekende verbruikswaarden kan de maximale verwarmingvermogensbelasting bij benadering worden vastgesteld uit het verwarmde oppervlak. Hiervoor staan de volgende richtwaarden ter beschikking: Richtwaarde Nederland Gebouw specifieke warmtevermogensbehoefte Nieuwbouw appartementen W/m 2 Nieuwbouw woningen W/m 2 Woningen vanaf W/m 2 Bestaande woningen 120 W/m 2 Zo bedraagt bijvoorbeeld de maximale verwarmingvermogensbehoefte van een volgens de nieuwbouwwoningen opgericht gebouw met een verwarmd oppervlak van 150 m 2 : 150 m 2 x 55 W/m2 = W (8,25 kw) De vaststelling van de maximale verwarmingvermogensbehoefte uit de verbruikswaarden vindt plaats door deling van het verbruik met een van de energiedrager afhankelijke factor. Bij een olieverbruik van 3500 l/a bijvoorbeeld, bedraagt de maximale verwarmingvermogensbehoefte: Nederland: 3500 l/a : 250 l/(a kw) = 14 kw

10 8 Warmte- en vermogensbehoefte Vermogensbehoefte Vermogensbehoefte voor warmtapwaterbereiding Q WW Het warmwaterverbruik is sterk afhankelijk van de individuele gewoonten. Om aan de huidige comfortaanspraken te beantwoorden, moet het verbruik met 80 tot 100 l water bij een temperatuur van 55 C worden ingezet. Dat komt overeen met een energiebehoefte van 5kW per dag/per persoon of met een gemiddelde vermogensbehoefte van 0,21 kw/persoon. Het vermogen moet op de piekbehoefte worden berekend. Om over voldoende reserves te beschikken, dient bij het verwarmingsvermogen voor de verwarming van warmtapwater in een één- en tweegezinswoning rekening te worden gehouden met 0,25 kw/persoon. De juiste dimensionering van de warmtapwaterverwarming wordt weergegeven in de Warmtepompen Guide, Toepassingsgebied van de warmtepomp. Circulatieleidingen zouden, indien mogelijk, niet moeten worden gebruikt. Zij verhogen de warmtebehoefte voor de warmtapwaterbereiding aan de installatiezijde met maximaal 50 %. Wanneer circulatieleidingen onontbeerlijk (leidinginhoud > 3 liter) zouden zijn, dan moet de circulatiepomp via een schakelklok zodanig worden gestuurd, dat zij slechts wordt vrijgegeven bij piekperioden in de behoefte. Wanneer met de behoefte aan warm water reeds in de verwarmingswarmtebehoefte rekening is gehouden, omdat deze via het energieverbruik inclusief de warmwaterbereiding is berekend, is bij de vaststelling van de totale vermogensbehoefte de bijtelling van de vermogensbehoefte voor de warmwaterbereiding niet noodzakelijk. Deze vervalt eveneens wanneer de warmwaterbereiding naar de nachtelijke uren wordt verplaatst en de verwarming gedurende deze tijd is verlaagd, alleen zinvol bij brine- en water/water warmtepompen. Dit kan op de warmtepompregeling worden ingesteld. Vermogensbehoefte voor speciaal gebruik Q S In veel gevallen wordt bovendien een zwembad verwarmd. Of deze warmtebehoefte in de totale warmtebehoefte wordt opgenomen, bepalen bouw- en bedrijfswijze van het zwembad (Toepassingsgebied van de warmtepomp). Indien het zwembad uitsluitend buiten het verwarmingsseizoen wordt verwarmd, moet met de vermogensbehoefte niet extra rekening worden gehouden. De verwarming van een overdekt zwembad gedurende het gehele jaar, wordt altijd in de vermogensbehoefte van de gehele installatie opgenomen. Hierbij moet zowel met de vermogensbehoefte voor de ruimteverwarming alsook voor de verwarming van het bassinwater rekening worden gehouden. De warmtebehoefte voor de ruimteverwarming, ventilatie en ontvochtings- en bevochtingingsinstallatie moet in ieder geval door een warmtebehoefteberekening worden vastgesteld en aan de totale vermogensbehoefte worden toegevoegd. De dimensionering van de warmtepompinstallatie vindt plaats op de totale vermogensbehoefte. Q WP Q G Q WW Q S Q WP = Q G + Q WW + Q S = Totale vermogensbehoefte = Warmteproductiebehoefte (warmtebehoefte gebouw) = Vermogensbehoefte voor warmtapwaterbereiding = Vermogensbehoefte voor speciaal gebruik Aanvoertemperatuur van het afgiftesysteem Het warmte-afgiftesysteem van warmtepompinstallaties dient in ieder geval zodanig ontworpen te worden, dat de benodigde warmtebehoefte bij zo laag mogelijke aanvoertemperaturen kan worden gedekt. Iedere graad minder bij de aanvoertemperatuur levert een besparing op van max. 2,5 % in het energieverbruik van de warmtepompinstallatie. Lage-temperatuurverwarmingssystemen, met name vloer- en wandverwarmingen, zijn bij uitstek geschikt. Deze oppervlakteverwarmingssystemen staan in de regel een maximale aanvoertemperatuur van lager dan 35 C en een effectief bedrijf van warmtepompinstallaties toe. Wanneer een warmtepomp in een bestaand gebouw wordt ingebouwd, is ombouw naar een oppervlakteverwarmingssysteem in de regel niet mogelijk. In dergelijke gevallen dient een aanvoertemperatuur van ongeveer 55 C (65 C) niet te worden overschreden. De aanvoertemperatuur kan door beperking van de warmtebehoefte worden verlaagd. De volgende maatregelen zijn geschikt in het gebouw: Vervanging van de beglazing Vermindering van de ventilatieverliezen Isolatie van etagevloeren, dakgebint en gevel Door een geringere warmtebehoefte en een verbeterd jaarrendement van de warmtepomp, ontstaan voordelen in het energieverbruik. In de regel kan een kleinere en meer gunstige warmtepomp worden ingebouwd. Vervanging van de radiatoren om door vergroting van het verwarmingsoppervlak de aanvoertemperatuur te laten dalen, dient als eerste overwogen te worden. Voor aanvoertemperaturen boven 55 C moet een speciale, voor dit temperatuurbereik geschikte warmtepomp (hoge temperatuur(h) serie tot 65 C) worden ingezet of de warmtepomp moet door een tweede verwarmingssysteem ondersteund worden. In het gebouw kan in bivalent bedrijf de aanwezige verwarmingsketel ter ondersteuning worden ingezet bij lage buitentemperaturen. Alternatief kan de warmtepomp mono-energetisch worden ondersteund door elektrische verwarmingselementen.

11 Warmte- en vermogensbehoefte 9 Selectie van de warmtebron Selectie van de warmtebron Het bijzondere voordeel van de warmtepomp is het productief maken van de kosteloos ter beschikking staande omgevingswarmte. Ter beschikking staan de warmtebronnen aardbodem, water en omgevingslucht. Afgeleid van de warmtebron en de warmtedrager van de verwarmingszijde, volgt de benaming van de warmtepomp: Warmtebron lucht In de regel dient de buitenlucht als warmtebron bij lucht/water warmtepompen. Bij bedrijfs- en industriecomplexen bestaat tevens de mogelijkheid om de ruimte- en/of de afgewerkte lucht te benutten. De toepassing van ruimte- en/of afgewerkte lucht dient echter reeds bij het voorontwerp te worden afgestemd met onze betreffende landenpartners. Aanvoertemperatuur ( C) A Lijn A: Aanvoertemperatuur 90 C alleen bivalent bedrijf, met scheidingsvoorraadvat mogelijk B C D E Maximale warmtepompaanvoertemperatuur Lijn B: Aanvoertemperatuur 75 C alleen bivalent bedrijf, met scheidingsvoorraadvat mogelijk Lijn C: Aanvoertemperatuur 60 C mono-energetisch bedrijf alleen mogelijk met lucht/water warmtepompen H-uitvoering, monovalent bedrijf met brine/water warmtepomp H-uitvoering mogelijk Lijn D en E: De aanvoertemperatuur is kleiner dan 55 C, zodoende is een mono-energetisch bedrijf met de lucht/waterwarmtepompen M-uitvoering of een monovalent bedrijf met de brine/water en water/water warmtepompen mogelijk Buitentemperatuur t A Brine/water warmtepomp Lucht/water warmtepomp Lucht/lucht warmtepomp Water/water warmtepomp De afzonderlijke warmtebronnen hebben uiteenlopende eigenschappen. Zij kunnen niet overal even goed worden ingezet en toegankelijk gemaakt. Van geval tot geval verschillen de eisen en de ruimtelijke omstandigheden, daarom bestaat er geen oplossing die voor alle toepassingsdoeleinden de beste is. In het afzonderlijke geval vindt een afweging plaats tussen de voor- en nadelen. Voor de selectie van de warmtebron moeten de volgende criteria in aanmerking worden genomen: voldoende beschikbaarheid zo hoog mogelijke buffercapaciteit zo hoog mogelijk temperatuurniveau voldoende regeneratievermogen toegankelijkheid met een minimum aan kosten De toepassing van ruimtelucht als warmtebron is zinvol bij bedrijfsgebouwen met grote hoeveelheden op temperatuur gehouden afgewerkte lucht of wanneer afkoeling van de ruimten noodzakelijk is. Niet toegstaan is het gebruik van ammoniakhoudende of chemisch belaste lucht (bijvoorbeeld afgewerkte stallucht). Een speciaal geval vormt de gecontroleerde woonruimteventilatie met warmteterugwinning. In de ventilatieapparatuur zijn vaak lucht/lucht warmtepompen ingebouwd. Hier geldt in de regel: het gebruik van de buitenlucht door een lucht/water warmtepomp. De lage, goed berekenbare aanschafkosten zijn een groot voordeel van lucht als warmtebron. Voor het gebruik van lucht is geen vergunning nodig. Lucht/water warmtepompen kunnen binnen- of buitenshuis worden opgesteld. De binnenopstelling vereist luchtkanalen voor de toevoer en afvoer van buitenlucht. De buitenopstelling heeft minder ruimte nodig; hier moeten de opstellingsvoorschriften in acht worden genomen (ter voorkoming van belastingen door geluidsemissies). De schommelende en het juist in het verwarmingsseizoen lage temperatuurniveau van de buitenlucht, veroorzaakt een enigszins hogere energiebehoefte. Het bivalente bedrijf kan in het gebouw een interessant en rendabel alternatief zijn. Het ontwerp van de warmtepomp vindt plaats op het bivalentiepunt, afhankelijk van de hoogte van de investering kan dit tussen 3 en 5 C liggen. Ook in de nieuwbouw bieden lucht/water warmtepompen een rendabel alternatief ten opzichte van andere warmtebronnen. Het bedrijf is meestal mono-energetisch

12 10 Warmte- en vermogensbehoefte Selectie van de warmtebron met een configuratiepunt (bivalentiepunt) tussen -2 en -7 C. Hierbij dekt de warmtepomp dan circa % van de totale jaarlijkse energiebehoefte. De exacte bepaling van het bivalentiepunt is afhankelijk van het betreffende land en de verschillende daarmee verbonden klimaatomstandigheden. Meer gedetailleerde informatie kan worden ingewonnen bij onze landenpartners. Horizontaal geïnstalleerde bodemwarmtewisselaars hebben een groot oppervlak nodig. De door door de horizontale bodemwarmtewisselaar benodigde oppervlakte bedraagt ongeveer het 1,5- tot 2,5-voudige van het verwarmde woningoppervlak. Deze oppervlakte moet onbebouwd en niet afgesloten zodanig ter beschikking staan, dat op een diepte van ongeveer 1,2 tot 1,5 m de horizontale bodemwarmtewisselaar kan worden aangebracht. In nieuwbouwgebieden kan tijdens de bouwfase een horizontale bodemwarmtewisselaar vaak heel eenvoudig worden aangebracht. De collector kan ook in greppels worden gelegd, dit heeft het voordeel, dat weinig grondverzet nodig is. Mochten beide niet uitvoerbaar zijn, dan bestaat de mogelijkheid om verticale bodemwarmtewisselaars verticaal in te brengen. Verticale bodemwarmtewisselaars Warmtebron bodem Afhankelijk van het seizoen slaat de bodem de omgevingswarmte op, dus over een langere periode. Dit leidt tot een gedurende het jaar relatief gelijkmatig hoge temperatuur van de warmtebron en dus tot een goed rendement. De toepassing van de in de bodem opgeslagen warmte vindt plaats via horizontale bodemwarmtewisselaars of verticale bodemwarmtewisselaars. Daarbij wordt de warmte door een hulpcircuit (brinecircuit) opgenomen, dat op zijn beurt de warmte afgeeft aan het arbeidsmedium van de warmtepomp. Horizontale bodemwarmtewisselaars De opbrengst wordt in feite bepaald door de hoedanigheid en het watergehalte van de bodem. Vaste, vochtige bodems zijn betere warmtebronnen dan droge en zanderige. De bodem regenereert vooral door binnendringende neerslag. Verticaal ingebrachte bodemwarmtewisselaars hebben een duidelijk geringere behoefte aan oppervlakte. Aangezien verticale bodemwarmtewisselaars door bevoegde boorbedrijven moeten worden aangebracht, veroorzaken zij normaal gesproken hogere aanschafkosten dan horizontale bodemwarmtewisselaars. Terwijl horizontale bodemwarmtewisselaars zelfs in waterbeschermingsgebieden toepasbaar zijn (in overleg met de Provincie. Dit is bij verticale bodemwarmtewisselaars vaak niet mogelijk of moet een vergunning worden aangevraagd. Bij de bodemwarmtewisselaar moeten ontwerp en uitvoering in ieder geval worden uitgevoerd door een gecertificeerde bronboorder en wisselaarbouwer. De bodem als warmtebron biedt in de loop van het jaar nagenoeg constante temperaturen. Voor de warmtepompinstallatie levert dit een hoog rendement en een lager energieverbruik op. De brine/water warmtepompen werken in de regel monovalent. De oppervlakte mag om die reden niet worden bebouwd of afgesloten zijn.

13 Warmte- en vermogensbehoefte 11 Selectie van de warmtebron Warmtebron water Zowel oppervlaktewater als ook grondwater kunnen als warmtebron worden gebruikt. Oppervlaktewater is slechts in uitzonderingsgevallen geschikt. Er bestaat gevaar voor verontreiniging (algen, zwevend sediment) en het risico van schommelende temperatuur in de loop van het jaar (het smelten van sneeuw) en men is vergunningsplichtig. In de regel wordt grondwater gebruikt als warmtebron voor water/water warmtepompen. Grondwater heeft een hoger rendement. De warmtepompinstallatie kan monovalent werken. Dat heeft een hoog rendement tot resultaat. De warmtepompinstallatie kan monovalent werken. Er dient rekening gehouden te worden met hogere aanschafkosten, omdat voor het gebruik van grondwater injectie- en onttrekkingsbronnen moeten worden geboord. Alvorens een beslissing te nemen voor grondwater als warmtebron, moet worden gecontroleerd of op een geschikte diepte grondwater in voldoende hoeveelheid en kwaliteit aanwezig is. De analyse van het water en de bouw van de bron moeten in ieder geval door een erkende bronboorder gebeuren. Overzicht warmtebronselectie Brine Lucht Water Collector Wisselaar Buitenlucht Grondwater Beschikbaarheid o + ++ o Opslagcapaciteit Temperatuurniveau + + o ++ Ontwerptemperatuur 0 C 0 C 3 C / -5 C 1) 10 C Regeneratie Aanschafkosten / ++ 2) 1) 3 C bij bivalent en -5 C bij mono-energetisch bedrijf 2) Afhankelijk van grondwaterdiepte Tekens: ++ zeer hoog, + hoog, o middelmatig, - laag, -- zeer laag

14 12 Warmte- en vermogensbehoefte Bedrijfsmodi Bedrijfsmodi Wanneer de warmtebehoefte is bepaald, dient de installatieopzet gemaakt te worden om een technisch en bedrijfseconomisch optimaal resultaat te bereiken. De volgende bedrijfsmodi zijn mogelijk: monovalent alleen warmtepomp bivalent warmtepomp en gas- of olieketel mono-energetisch warmtepomp en elektrisch verwarmingselement. De beslissing voor de juiste bedrijfsmodus is tegelijkertijd afhankelijk van de mogelijke warmtebron bodem, water of lucht. Ongeacht welk verwarmingssysteem wordt toegepast, de klant dient allereerst te worden geadviseerd om een optimale warmte-isolatie toe te passen. Hoe beter geïsoleerd wordt, des te lager zijn de bedrijfskosten. Speciaal voor de warmtepomp betekent dit, dat kleinere toestellen kunnen worden gekozen, wat op zijn beurt weer de investeringskosten verlaagt. Lage-temperatuurverwarmingssystemen, met name vloer- en wandverwarmingen, zijn bij uitstek geschikt in combinatie met warmtepompen. Gestreefd dient te worden naar een aanvoertemperatuur van C. Gemiddelde buitentemperatuur over een jaar De gemiddelde buitentemperatuur geeft het aantal dagen in het jaar aan, dat de buitentemperatuur een bepaalde waarde onderschrijdt. Het verloop van de gemiddelde buitentemperatuur is afhankelijk van de locale klimaatomstandigheden. De gemiddelde buitentemperatuur voor De Bilt laat zien, dat op 280 dagen per jaar de temperatuur onder 15 C ligt. Er kan echter ook worden afgelezen, dat op slechts ongeveer 6 dagen de temperatuur onder -5 C ligt; de gemiddelde buitentemperatuur van Brussel laat zien, dat slechts op 5 dagen per jaar de temperatuur onder 5 C ligt en op 135 dagen onder + 5 C. Warmtepompen die voor een bivalentiepunt van -5 C zijn ontworpen, hebben op maar weinig dagen een parallel verwarmingssysteem nodig (bijvoorbeeld elektrisch verwarmingselement) ter ondersteuning van de warmtepomp. In het ontwerpprogramma Alpha-Plan zijn de klimaatgegevens van geselecteerde steden reeds opgenomen en zij worden geraadpleegd bij de berekening van de rendementen en dekkingsgraad, Bij de afgebeelde grafieken van de gemiddelde buitentemperatuur jaarlijn dient men er rekening mee te houden, dat de gemeten uren, waarop de temperatuur onder een bepaalde waarde lag, werden opgeteld en in dagen werden weergegeven. De praktijk laat zien dat over 24 uur meestal temperatuurschommelingen van meerdere Kelvin optreden. Gemiddelde buitentemperatuur over een jaar De Bilt Brussel Buitentemperatuur in C Buitentemperatuur in C Circa 35 dagen Dagen per jaar Circa 5 dagen Dagen per jaar

15 Warmte- en vermogensbehoefte 13 Bedrijfsmodi Het vlak tussen de verwarmingsgrenstemperatuur en de doorlopende jaarlijn geeft de benodigde verwarmingsenergie aan. In de volgende voorbeelden wordt het aandeel van de warmtepomp aan de benodigde verwarmingsenergie door arcering weergegeven. Monovalente bedrijfsmodus In de regel wordt alleen bij brine/water en water/water warmtepompinstallaties in de monovalente bedrijfsmodus gewerkt. De warmtepomp wordt zodanig ontworpen, dat ook bij de laagste buitentemperaturen voldoende vermogen ter beschikking staat. De monovalente warmtepomp dekt de warmtebehoefte van het gebouw alleen. Zelfs bij de laagste buitentemperaturen levert de warmtebron voldoende energie. De dekkingsgraad bedraagt 100%. water/water warmtepompen, wanneer bijvoorbeeld de infiltratiecapaciteit van de broninstallatie te laag is. Hierbij geldt echter dat de infiltratiecapaciteit moet worden aangepast aan de verdampercapaciteit van de warmtepomp. Wanneer de brine/water warmtepompen mono-energetisch werken, moet de horizontale bodemwarmtewisselaar dan wel de bodemwarmtewisselaar apart worden berekend, aangezien in dat geval niet alleen de onttrekkingscapaciteit van de bodem in aanmerking moet worden genomen, maar tevens de onttrekkingsarbeid, die afhankelijk is van de volledige gebruiksuren. De warmtebron moet bij mono-energetisch bedrijf van een brine/water warmtepomp worden berekend op de berekende totale vermogensbehoefte van het gebouw. Wanneer de benodigde oppervlakte voor een horizontale bodemwarmtewisselaar niet ter beschikking staat, wordt een mono-energetisch bedrijf met een lucht/water warmtepomp aanbevolen. C Dimensioneringspunt C Dimensioneringspunt % > 95 % 20 Monovalent bedrijf Dagen 20 Mono-energetisch bedrijf Dagen Mono-energetische bedrijfswijze De mono-energetische bedrijfswijze volgt hetzelfde principe als de bivalente bedrijfswijze Het elektrische verwarmingselement is echter geen olie- of gasketel, maar een elektrische verwarming, meestal in de vorm van een goedkope elektrische dompelverwarmer in het buffervat of reeds geïntegreerd in de warmtepomp. Alleen op enkele, zeer koude dagen ondersteunt de elektrische bijverwarming de warmtepomp om de warmtebehoefte te dekken. De warmtepompregeling waarborgt, dat de elektrische bijverwarming niet langer in bedrijf is als absoluut noodzakelijk. Het aandeel van de verwarmingsenergie per jaar van de warmtepomp is net zoals bij het bivalente bedrijf hoog en ligt in de regel > 95 %, dat wil zeggen, minder dan 5 % van de verwarmingsenergie wordt met het elektrische verwarmingselement opgewekt. Het warmtepompvermogen kan worden geselecteerd voor een dimensioneringspunt (bivalentiepunt) tussen 2 C en - 7 C (afhankelijk van de standaard buitentemperatuur). Het mono-energetische bedrijf wordt in de regel alleen bij lucht/ water warmtepompen toegepast. In uitzonderingsgevallen bij Bivalente bedrijfsmodus In het bivalente bedrijf is er naast de warmtepomp een tweede warmteopwekker die bij lagere buitentemperaturen de verwarming van het gebouw ondersteunt. Aan de bivalente bedrijfsmodus wordt de voorkeur gegeven bij renovatie van bestaande gebouwen, aangezien de reeds aanwezige verwarmingsketel goed als aanvulling van de warmtepomp kan worden gebruikt. De warmtepomp wordt gedimensioneerd voor de temperatuur, waarbij de tweede warmteopwekker wordt bijgeschakeld. Daarom wordt deze temperatuur aangeduid als dimensioneringspunt of bivalentiepunt. De bivalent-alternatieve bedrijfswijze wordt gekozen, wanneer hoge aanvoer- en retourtemperaturen noodzakelijk zijn of de warmtestroom uit de warmtebron slechts tot een bepaalde graad toereikend is. Hetzij de warmtepomp of de tweede warmteopwekker verwarmt. Aangezien het dekkingsaandeel per jaar ten opzichte van andere bedrijfswijzen relatief laag is (bijvoorbeeld 60 %) wordt deze bedrijfswijze zelden gekozen.

16 14 Warmte- en vermogensbehoefte Bedrijfsmodi Bij bivalent-parallel bedrijf zijn de warmtepomp en de tweede warmteopwekker vanaf een bepaalde buitentemperatuur (bijvoorbeeld 3 C), gezamenlijk in bedrijf. Deze bedrijfsmodus wordt gekozen, wanneer bijvoorbeeld bij een gebouwrenovatie een lucht/water warmtepomp voor de bestaande ketelinstallatie wordt geïnstalleerd. Bivalent-deelparallelbedrijf betekent, dat vanaf een bepaalde buitentemperatuur belastingsafhankelijk de warmtepomp en een tweede warmteopwekker gezamenlijk in bedrijf zijn. In het extreme geval is alleen nog de extra warmteopwekker in bedrijf. Deze bedrijfswijze wordt meestal gekozen in combinatie met de warmtebron lucht of bij verwarmingssystemen met hoge retourtemperatuur. C Standaard buitentempertuuur Bivalentiepunt NL / B - 10 C - 2 C tot - 7 C Ontwerpvoorbeeld Duitsland Voor de selectie van een geschikte warmtepomp wordt in het diagram van de stooklijn de gebouwkarakteristiek gezet. Deze kan vereenvoudigd als rechte lijn tussen het vastgestelde vereiste vermogen op de standaard minimale buitentemperatuur (in het voorbeeld -16 C, 12 kw) en een verwarmingsvermogen 0 kw bij 20 C worden getekend. Wanneer het snijpunt van de gebouwkarakteristiek met de stooklijn in de buurt van de geplande bivalentiepunt ligt, kan de daarbij behorende warmtepomp worden ingezet, in het voorbeeld voor Duitsland en Oostenrijk is WP4 geselecteerd. Aan de afstand tussen de vermogenscurve en de gebouwkarakteristiek bij de minimale buitentemperatuur kan de extra vermogensbehoefte worden afgelezen, die door elektrische verwarmingselementen of een verwarmingsketel wordt afgedekt. Vereiste totale vermogensbehoefte warmteproductie + vermogensbehoefte voor tapwater = totale vermogensbehoefte bij de minimale buitentemperatuur Bivalent-parallel bedrijf Dimensioneringspunt > 60 % Dagen Q. erf = 12 kw De geselecteerde warmtepomp heeft op de minimale buitentemperatuur een verwarmingsvermogen van 5,8 kw. Het extra te leveren vermogen door elektrische verwarmingselementen (mono-energetisch) of een tweede warmteopwekker (bivalent), wordt berekend. Q. = Q. - Q. =12 kw - 5,8 kw = 6,2 kw zus erf WP(-16 C) Warmtepompselectie bij mono-energetisch of bivalent bedrijf Het gemiddelde verwarmingsvermogen en totale vermogensbehoefte, bijvoorbeeld ISSO in Nederland en NBN B in België, heeft betrekking op de genormeerde minimale buitentemperatuur. Bij bivalent of mono-energetisch bedrijf is dit echter niet het configuratiepunt van de warmtepomp. De lucht/water warmtepomp wordt bij mono-energetisch bedrijf op het bivalentiepunt ontworpen. Bivalentiepunt Het bivalentiepunt beschrijft de buitentemperatuur, tot aan de temperatuur waarop de warmtepomp het berekende verwarmingsvermogen zonder elektrische bijverwarming dekt. In de praktijk is het echter meestal zo, dat niet alle ruimten volledig worden verwarmd, bijvoorbeeld slaapkamer, logeerkamer of hobbyruimte. Zodoende stelt zich tijdens het bedrijf meestal een lager bivalentiepunt in. In de regel bedraagt het extra warmtevermogen circa % van het noodzakelijke verwarmingsvermogen. Hoewel het vermogensaandeel van de elektrische bijverwarming relatief groot is, bedraagt het arbeidsaandeel slechts circa 2 5 % van de verwarmingsarbeid op jaarbasis. Het gemiddelde bivalentiepunt ligt bij. 4,5 C Ontwerpvoorbeeld Nederland / België Bij een standaard buitentemperatuur van 10 C bedraagt de vereiste totale vermogensbehoefte bijvoorbeeld 11 kw. In het voorbeeld werd de WP 5 geselecteerd. De geselecteerde warmtepomp heeft op het standaard configuratiepunt een verwarmingsvermogen van 8,2 kw. Het vereiste te leveren extra vermogen bedraagt: Q. = Q. - Q. =11 kw - 8,2 kw = 2,8 kw zus erf WP(-11 C) Het vastgestelde bivalentiepunt ligt bij - 6,5 C Praktische bivalentiepunten afhankelijk van de standaard buitentemperatuur staan vermeld in de volgende tabel.

17 Warmte- en vermogensbehoefte 15 Mono-energetische ontwerpvoorbeelden Duitsland/Oostenrijk Verwarmingsvermogen (kw) Vermogenscurve lucht/water warmtepompen 35 C aanvoer WP7 WP5 18 WP6 WP4 Vereiste bijverwarming Bivalentiepunt van de geselecteerde warmtepomp (WP 4) WP3 WP2 WP1 6 4 Gebouwkarakteristiek (vereenvoudigd weergegeven) , Standaard buitentemperatuur Luchttemperatuur ( C) Nederland / België Verwarmingsvermogen (kw) Vermogenscurve lucht/water warmtepompen 35 C aanvoer WP7 WP5 Vereiste bijverwarming WP6 Bivalentiepunt van de geselecteerde warmtepomp (WP 5) WP4 WP3 WP2 WP1 6 4 Gebouwkarakteristiek (vereenvoudigd weergegeven) 2 0-6, Standaard buitentemperatuur Luchttemperatuur ( C)

18 16 Warmte- en vermogensbehoefte Samengevatte ontwerpaanwijzingen Vermogensgegevens Het verwarmingsvermogen van warmtepompen is afhankelijk van de brontemperatuur en van de aanvoertemperatuur van de verwarmingsinstallatie. De vermogensgegevens van de warmtepomp hebben altijd betrekking op deze temperaturen. In de nieuwe Europese norm EN zijn aanduidingen voor de temperatuurgegevens vastgelegd. Deze bestaan uit letters en cijfers. De eerste letter geeft de warmtebron aan, de tweede letter van het medium van het afgifte systeem. De getallen hebben betrekking op de temperaturen in C. De volgende korte aanduidingen zijn in de norm vastgelegd: Warmtebronmedium: brine Warmtebrontemperatuur: 0 C B 0 W 35 Aanvoertemperatuur: 35 C Warmteafnamemedium: water Afleiding warmtebronaanduiding W water water B brine brine A lucht lucht De verwarmingsvermogen kan voor gedefinieerde punten uit de gegevenstabellen worden afgelezen. Daartussen liggende bedrijfstoestanden kunnen uit de vermogenscurves worden afgeleid. Voor selectie van de warmtepomp moeten de vermogensbehoefte uit de totale vermogensbehoefte evenals de aanvoertemperatuur en de temperatuur van de warmtebron in het dimensioneringspunt bekend zijn. Aan de hand van de technische gegevens van de geselecteerde warmtepomp dient een controle plaats te vinden. Samenvattende aanwijzingen: Basis voor het toestelontwerp is de totale vermogensbehoefte van de installatie. Bij het ontwerp van het verwarmingssysteem moet op lage aanvoertemperaturen worden gelet. Bij voorkeur dienen lage-temperatuursystemen zoals vloer- of wandverwarmingen te worden toegepast. De bedrijfsmodus legt het dimensioneringspunt voor het ontwerp van het warmtepompvermogen vast. De warmtepompselectie vindt plaats aan de hand van de toestelgegevens en de vermogenslijnen. De geplande toepassingsgrenzen van de warmtepomp moeten strikt worden aangehouden. Voor de warmtepompopstelling en integratie moeten de technische gegevens en principeschema s in acht worden genomen. Om servicewerkzaamheden aan de warmtepomp mogelijk te maken, moeten de opstellingsaanwijzingen worden opgevolgd Warmtepompen voor binnenopstelling moeten in een vorstvrije ruimte worden opgesteld. Om de overdracht van contactgeluid te voorkomen, moet de aansluiting aan het verwarmingssysteem met flexibele slangen worden uitgevoerd. PU-ketelbordessen mogen niet worden gebruikt. Bij de opstelling van lucht/water warmtepompen moet de afstand tot het aangrenzende gebouw in acht genomen worden (richtwaarde 8 10 m). De volumestromen aan de warmtebronzijde van de verwarming de warmtapwaterbereiding moeten in acht genomen worden. Vermogenscurves op retourtemperatuur instellen. Bij water/water warmtepompen de kwaliteit van het gebruikte water controleren.

19 Warmtepomp 17. Lucht/water warmtepomp Warmtebron lucht Aanwijzingen voor het ontwerp Ontwerp Buitenopstelling Binnenopstelling Brine/water warmtepomp Warmtebron bodem Monovalent bedrijf Mono-energetisch bedrijf Muurdoorvoer Brineconcentratie/brinehoeveelheid Horizontale bodemwarmtewisselaars Verticale bodemwarmtewisselaars Passieve koeling Water/water warmtepomp Warmtebron grondwater Aanwijzingen voor het ontwerp Beoordeling van de wateranalyse Leidingen, pompen en appendages...50

20

21 Lucht/water warmtepomp 19 Inhoudsoverzicht. Lucht/water warmtepomp. Aanwijzingen voor het ontwerp Ontwerp Buitenopstelling Opstellingsaanwijzingen Aansluitingen Sokkelschema/steloppervlak Geluid Binnenopstelling Opstellingsaanwijzingen Geluid... 30

22 20 Lucht/water warmtepomp Aanwijzingen voor het ontwerp Lucht/water warmtepompen gebruiken de energie die in de buitenlucht is opgeslagen. De lucht wordt daartoe door een ventilator aangezogen, via de verdamper van de warmtepomp geleid en afgekoeld. De energie wordt aan het arbeidsmedium van de warmtepomp afgegeven. Dit wordt door het warmtepompcircuit op een hoger temperatuurniveau gebracht en overgedragen aan het verwarmingswatercircuit. De buitenlucht wordt direct door de verdamper van de lucht/ water warmtepomp geleid. Door de afkoeling van de lucht slaat vocht neer waardoor de verdamper kan bevriezen. De verdamper wordt bij behoefte ontdooid door omkering van het koudemiddelcircuit. Om de ontdooiing te waarborgen is een buffervat in de warmtepompinstallatie noodzakelijk. Dit verlengt ook de looptijd van de warmtepomp bij een lage vermogensvraag en voorkomt daardoor te vaak takten. Lucht Arbeidsmedium dan wel koudemiddel temperatuur het verwarmingsvermogen van de warmtepomp afneemt, is het uit economische overwegingen zinvol te zorgen voor een een tweede warmteopwekker en de warmtepompinstallatue mono-energetisch dan wel bivalent-parallel te laten werken. Daarmee wordt een kostenintensieve overdimensionering en onnodig vaak takten van de warmtepomp in de overgangperiode voorkomen. Een elektrisch verwarmingselement als tweede warmteopwekker (bijverwarming) is in de nieuwbouwsector praktisch. De meeste lucht/water warmtepompen van Alpha-InnoTec zijn uitgerust met een elektrische bijverwarming. Bij temperaturen onder het bivalentiepunt ondersteunt hij de warmtepomp. In dat geval wordt gesproken van een mono-energetische lucht/ water warmtepompinstallatie. In de renovatiesector komt bovendien bij temperaturen onder het bivalentiepunt de aanwezige ketelinstallatie als ondersteuning van de warmtepomp in aanmerking. Deze bedrijfswijze wordt als bivalent dan wel als bivalent-parallel aangeduid. Warmtebron Warmtepomp Lucht als warmtebron heeft het voordeel dat zij overal aanwezig is en met geringe kosten voor exploitatie geschikt kan worden gemaakt. Een vergunningsprocedure is niet nodig. Lucht/ water warmtepompen zijn er voor opstelling binnen of buiten gebouwen. Warmtepompen voor buitenopstelling zuigen de lucht direct aan. De aanvoer en retour van het verwarmingswater wordt in de bodem onder de vorstgrens van het gebouw naar de warmtepomp gevoerd. Ter voorkoming van warmteverliezen moeten de leidingen goed geïsoleerd zijn. Bij warmtepompen voor binnenopstelling vinden de luchttoevoer en afgifte plaats via een luchtkanaalinstallatie die uitmondt in de buitenlucht. Een opstelling in de hoek geniet steeeds de voorkeur, omdat anders maatregelen moeten worden genomen om luchtkortsluitingen (vermenging van warme aanzuig- en koude uitblaaslucht) te voorkomen. De buitenlucht die als warmtebron dient, wordt in de warmtepomp afgekoeld. Het daarbij vrijkomende condenswater moet via een vorstvrije condensafvoer worden afgevoerd. Voor iedere toepassing biedt Alpha-InnoTec de passende warmtepomp. Bij de lucht/water warmtepompen ontvangt u, behalve de standaard warmtepompen, speciaal voor de gebouwrenovatie ontwikkelde hoge temperatuur warmtepompen, die geschikt zijn voor aanvoertemperaturen tot 65 C. Lucht/water warmtepompen kunnen bij buitentemperaturen tot -20 C worden ingezet. Aangezien met dalende buiten-

23 Lucht/water warmtepomp 21 Ontwerp Vermogenscurve lucht/water warmtepomp Verwarmingscapaciteit (kw) C aanvoer WP II 8 kw WP I 6 kw Vereiste bijverwarming Bivalentiepunt Gebouwkarakteristiek (vereenvoudigd weergegeven) Standaard buitentemperatuur Luchttemperatuur ( C) Het ontwerp van mono-energetische warmtepompen dient zodanig te worden uitgevoerd, dat het bivalentiepunt tussen -2 C en -7 C ligt. Bij een op deze wijze geselecteerd bilvalentiepunt worden circa % van de jaarlijkse verwarmingsarbeid door de warmtepomp gedekt. Voorbeeld voor Duitsland: Het geselecteerde gebouw heeft een totale vermogensbehoefte volgens DIN 4701 dan wel de nieuwe EU norm EN van 7,7 kw. Er wordt uitgegaan van een warmwaterbehoefte voor 4 personen en een standaard buitentemperatuur van 16 C. Met deze gegevens wordt het vereiste vermogen vastgesteld: Q. = Q. + Q. = 8,6 kw + 1,0 kw = 9,6 kw WP G WW Voor de verwarming van het gebouw is met inachtneming van de sperperioden een verwarmingsvermogen van 9,6 kw noodzakelijk. Bij lucht/water warmtepompen is het niet zinvol het vermogen van de warmtepomp te ontwerpen op het standaard configuratiepunt, om die reden worden lucht/water warmtepompen ontworpen op het bivalentiepunt. In het beoogde mono-energetische bedrijf dekt de warmtepomp (WP II) de behoefte aan verwarmingswarmte tot aan het bivalentiepunt, een buitentemperatuur van - 5 C, volledig af. Bij temperaturen onder het bivalentiepunt wordt het elektrische verwarmingselement ter ondersteuning bijgeschakeld. Het vereiste vermogen van het verwarmingselement komt voort uit het verschil tussen de behoefte aan verwarmingsvermogen en het verwarmingsvermogen van de warmtepomp bij de minimale buitentemperatuur. Q. E-Stab = Q. WP - Q. WP,Tn Q. E-Stab = 9,6-4,5 kw = 5,1 kw Bij bovengenoemd voorbeeld moet dus een elektrisch verwarmingselement van 6,0 kw worden ingezet. In de regel bedraagt het vermogen van het elektrische verwarmingselement circa % van het vereiste verwarmingsvermogen (vanzelfsprekend moeten bij de dimensionering van de waterpomp en het vermogen van het elektrische verwarmingselement de landenspecifieke gegevens in acht worden genomen). Hoewel het vermogensaandeel van het elektrische verwarmingselement relatief groot is, bedraagt het arbeidsaandeel slechts circa 2 7 % van de jaarlijkse verwarmingsarbeid. Q. WP : Q. G : Vereist piekvermogen van de warmtepompinstallatie Warmtebehoefte van het gebouw Q. : Vermogensbehoefte voor warmtapwaterbereiding (zie warmte- en WW vermogensbehoefte) Q. : Vermogen elektrisch verwarmingselement E-Stab Q. : Verwarmingsvermogen van de warmtepomp bij WP,Tn de standaard minimale buitentemperatuur