Een vermogensmarge lijkt een goedkope verzekering. Bij de offerte kost ze bijna niets - een maat groter, een beperkte meerprijs en de geruststelling dat niemand belt om te klagen als het vriest. De kosten van die verzekering komen later, en de klant betaalt ze, elke maand, zolang de installatie draait.
Dit artikel legt uit wat er echt gebeurt in een warmtepomp die te groot is, waar de neiging vandaan komt om vermogen bij te tellen, en hoe je een toestel zo dimensioneert dat je de keuze tegenover de klant kunt verdedigen.
Wanneer is een warmtepomp te groot?
Het gaat niet om een groot aantal kilowatt op zich. Een warmtepomp die bij ontwerpcondities 16 kW levert, in een gebouw met 15 kW warmteverlies, is goed gedimensioneerd; een die daar 8 kW levert, in een gebouw met 4 kW warmteverlies, is een factor twee te groot.
Twee verhoudingen tellen:
- het vermogen van het toestel ten opzichte van het ontwerpwarmteverlies van het gebouw - dus ten opzichte van het resultaat van de warmteverliesberekening voor precies dit gebouw op precies deze locatie;
- de onderste moduleergrens van het toestel ten opzichte van de vraag van het gebouw gedurende het grootste deel van het seizoen - de verhouding waar veel minder over wordt gesproken, en die bepaalt hoe de warmtepomp echt draait.
Waarom een te grote warmtepomp niet gewoon langzamer kan draaien
Een invertercompressor moduleert zijn vermogen, maar alleen binnen een bereik. Onder een bepaalde drempel gaat hij niet, en die drempel loopt tussen toestellen sterk uiteen. Het getal alleen zegt weinig zonder twee dingen: het werkpunt waarvoor het geldt, en waarvan het een deel is. Fabrikantgegevens geven meestal een vermogensbereik bij een bepaald punt (bijvoorbeeld A7/W35) - en dat bereik, niet een percentage afgelezen uit de modelnaam, moet je naast de vraag van het gebouw leggen.
Tegelijk heeft een gebouw zijn volle ontwerpwarmteverlies alleen nodig in het koudste uur van het jaar. Bij 20 °C binnen en -20 °C ontwerpbuitentemperatuur is de vraag bij nul graden buiten ongeveer de helft van het ontwerpwarmteverlies, en bij plus acht ongeveer een derde. Het grootste deel van het stookseizoen zit in dat deellastgebied, niet in een vorstperiode.
Leg je die twee feiten op elkaar, dan heb je de kern van het probleem:
De moduleergrens tegenover de vraag van het gebouw
Zakt de vraag van het gebouw onder het minimale vermogen van het toestel, dan kan de warmtepomp niet minder leveren. Het enige wat overblijft is stoppen, wachten en weer starten. Dat is pendelen - en met een te groot toestel gebeurt het ook als de hydrauliek foutloos is.
Hoe groter de machine, hoe hoger haar ondergrens ligt ten opzichte van de vraag van het gebouw, en hoe groter het deel van het stookseizoen dat de gearceerde band beslaat.
Wat pendelen echt kost
Seizoensrendement. De COP uit de catalogus wordt gemeten in stationair bedrijf volgens EN 14511. De SCOP wordt helemaal niet gemeten - die wordt berekend volgens EN 14825 voor een referentiegebouw waarvan het ontwerpwarmteverlies past bij het vermogen van het toestel. Pendelen zit in die berekening als een vaste correctiefactor, aangenomen voor een goed passend toestel en niet voor een machine die het grootste deel van het seizoen pendelt. De opgegeven SCOP en het rendement dat in zo'n gebouw wordt gehaald, zijn dus twee verschillende getallen.
Slijtage van de compressor. Fabrikanten beperken het toegestane aantal starts per uur, omdat een start de compressor anders belast dan continu draaien: aanloopstroom, olieverplaatsing en temperatuurwisselingen. Een toestel dat meerdere keren per uur start in plaats van gelijkmatig te draaien, gebruikt dat tegoed veel sneller op.
Comfort. Intermitterend bedrijf betekent een schommelende aanvoertemperatuur, en in een installatie met weinig massa ook een schommelende ruimtetemperatuur. Dat is het deel dat de klant merkt zonder naar een rekening te kijken.
Conflict met warm tapwater. Het bereiden van warm tapwater onderbreekt de ruimteverwarming. Bij een warmtepomp die al pendelt, vermenigvuldigen die onderbrekingen zich gewoon.
Waar de neiging vandaan komt om vermogen bij te tellen
Vier oorzaken, allemaal begrijpelijk:
Een gewoonte van de cv-ketel. Een gasketel moduleert over een heel breed bereik, en te groot kiezen kost bij hem weinig. De reflex "ik neem de grotere, dan heb ik rust" komt rechtstreeks uit een techniek waar hij echt werkte. Bij een warmtepomp werkt hij niet.
Warm tapwater rechtstreeks bij het verwarmingsvermogen optellen. Warm tapwater is een intermitterende, in de tijd verschoven belasting, geen constant vermogen bovenop de vraag van het gebouw. Lineair optellen blaast het resultaat op, en met een goed gekozen boilervat en voorrangschakeling is het meestal helemaal niet nodig.
Een vuistregel in plaats van een berekening. Het getal in W/m² heeft een spreiding die groter is dan het verschil tussen de ene toestelklasse en de volgende. We hebben dat gemeten op onze eigen module: voor één gebouw waarvan de volledige berekening volgens EN 12831-1 8,40 kW gaf, levert de schatting met de vuistregel alles van 8,02 tot 23,52 kW op - alleen afhankelijk van welke isolatieklasse degene die schat kiest. Dat lichten we toe in het artikel over de warmteverliesberekening.
Angst voor het telefoontje als het vriest. De eerlijkste van de vier oorzaken en waarschijnlijk de sterkste. Het loont om haar gewoon te benoemen, want het antwoord erop is geen vermogensmarge maar bivalent dimensioneren - zie hieronder.
Het bivalentiepunt: een kleinere warmtepomp betekent geen koud huis
De angst voor een te klein toestel rust op een stille aanname: dat de warmtepomp alleen de hele vraag moet dekken in het koudste uur van het jaar. Dat is monovalent dimensioneren, en het is niet de enige mogelijkheid.
Het bivalentiepunt
Bij bivalent dimensioneren levert onder een bepaalde buitentemperatuur een elektrisch element of een tweede warmtebron de rest. Hoeveel uur per jaar dat is, hangt af van het gekozen bivalentiepunt en van de locatie - hoe hoger je het legt, hoe meer uren. Belangrijker is hoeveel energie die uren vertegenwoordigen: de bijverwarming dekt alleen het verschil tussen de vraag en het vermogen van de warmtepomp, niet de hele vraag, en komt daarom in de jaarbalans op een paar procent. Allebei kun je uitrekenen met klimaatgegevens van de locatie, in plaats van ze alleen te schatten.
Het gevolg gaat tegen de intuïtie in: een kleiner toestel, bivalent gedimensioneerd, werkt het grootste deel van het seizoen binnen zijn eigen moduleerbereik en haalt een hoger seizoensrendement dan een groter toestel dat datzelfde grootste deel van het seizoen pendelt.
Zo dimensioneer je een warmtepomp, zodat je de keuze kunt verdedigen
- Bereken het ontwerpwarmteverlies per ruimte volgens EN 12831-1, voor de ontwerpbuitentemperatuur van de werkelijke locatie van het gebouw. Dezelfde temperatuur moet in de hele keten van documenten gelden. Dimensioneer de warmtebron op het ontwerpwarmteverlies van het GEBOUW, niet op de som van de ruimteverliezen - ventilatie wordt per ruimte berekend met een richtingsafhankelijke infiltratietoeslag die op zoneniveau wegvalt, dus de som van de ruimtes komt merkbaar hoger uit. Met de resultaten per ruimte dimensioneer je radiatoren en vloerverwarmingsgroepen.
- Controleer de afgiftesystemen per ruimte en bepaal de benodigde aanvoertemperatuur. Eén ruimte met een te kleine radiator verhoogt de benodigde temperatuur voor de hele installatie, en elke graad hoger betekent de hele winter een slechtere COP. Zonder uitsplitsing per ruimte vind je dat knelpunt niet - en zonder dat getal kun je stap 3 niet uitvoeren.
- Lees het echte vermogen van het toestel af uit zijn prestatiegegevens bij de ontwerpbuitentemperatuur en de aanvoertemperatuur uit stap 2 - niet het nominale getal in de modelnaam. Een warmtepomp van "12 kW" levert bij -20 °C en 55 °C aanvoer duidelijk minder dan bij de condities waar zijn naam van is afgeleid.
- Controleer de onderste moduleergrens van het gekozen toestel - samen met de condities waarvoor het datablad haar opgeeft - en vergelijk die met de vraag van het gebouw bij ongeveer +5 °C, een gangbare buitentemperatuur in het stookseizoen. Bij -20 °C ontwerpbuitentemperatuur is de vraag daar ongeveer 40 procent van het ontwerpwarmteverlies. Een ondergrens boven die waarde betekent pendelen gedurende het grootste deel van het seizoen.
- Kies bewust tussen monovalent en bivalent bedrijf, en leg die keuze vast samen met het aangenomen bivalentiepunt. Controleer bij bivalent dimensioneren meteen de elektrische aansluiting en beveiliging - het elektrische element is een belasting die binnen de netaansluiting moet passen.
- Behandel warm tapwater apart - als intermitterende belasting met voorrangschakeling, niet als een constant vermogen bovenop de vraag van het gebouw.
- Controleer de waterinhoud van de installatie. Te weinig water in de installatie veroorzaakt pendelen, ook met een goed gedimensioneerde warmtepomp; fabrikanten geven een vereist minimum op, en groepen die tijdens het gebruik worden dichtgedraaid, kunnen de inhoud daaronder brengen.
Een energieaudit is geen warmteverliesberekening
De twee lopen makkelijk door elkaar. Een energieaudit beschrijft de jaarlijkse energievraag van het gebouw en de rendabiliteit van renovatieopties; het warmtevermogen geeft hij als één getal voor het hele gebouw, met de eigen aannames van de audit en zonder uitsplitsing per ruimte. Daarmee dimensioneer je geen radiatoren en geen vloerverwarmingsgroepen. Een warmteverliesberekening geeft het momentane vermogen bij ontwerpcondities, per ruimte, en bestaat precies om installaties te dimensioneren. De een vervangt de ander niet.
Veelgemaakte fouten
- Dimensioneren op het nominale getal in de modelnaam in plaats van op het vermogen uit de prestatiegegevens bij de ontwerpbuitentemperatuur en de benodigde aanvoertemperatuur.
- Het vermogen voor warm tapwater rechtstreeks bij de vraag van het gebouw optellen.
- De onderste moduleergrens negeren als je twee toestellen met een vergelijkbaar nominaal vermogen vergelijkt.
- Dimensioneren met een vuistregel in W/m² en het resultaat gebruiken als basis voor de bestelling.
- De warmtebron dimensioneren op de som van de ruimteverliezen in plaats van op het ontwerpwarmteverlies van het gebouw. De som van de ruimtes is merkbaar hoger, omdat ventilatie per ruimte wordt berekend met een toeslag die op zoneniveau wegvalt - de eenvoudigste rekenkundige weg naar een te grote warmtepomp.
- Een marge "voor de zekerheid" na de berekening. De norm bevat geen veiligheidsfactor - ze bevat aannames die zelf al voorzichtig zijn: geen interne of zonnewinsten, alle ruimtes tegelijk op ontwerptemperatuur en een statistisch extreme buitentemperatuur. Een percentage erbovenop verdubbelt die marge. De enige toeslag die de norm kent, is het opwarmvermogen voor installaties met onderbroken bedrijf - en dat wordt berekend, niet geschat.
- Geen vastlegging van het aangenomen bivalentiepunt, zodat bij de oplevering niemand kan nagaan op welke basis het toestel is gekozen.
Zo doen we het in HeatAlgo
De module voor de warmteverliesberekening berekent het ontwerpwarmteverlies per ruimte volgens EN 12831-1:2017, met EN ISO 6946 voor de bouwdelen en EN ISO 13370 voor het contact met de grond.
De module voor de voorlopige dimensionering van de warmtepomp leest die berekeningen live in en analyseert de bestaande radiatoren per ruimte, zodat de dimensionering gebeurt bij dezelfde ontwerpbuitentemperatuur waarmee het gebouw is berekend. De rekenkern kiest een van 10 algemene vermogensklassen uit karakteristieken, gemiddeld over catalogusgegevens van 239 toestellen van 28 fabrikanten. Het is een vertrekpunt voor de keuze van een concreet toestel, geen vervanging van een volledig installatieontwerp.
Een gratis calculator van een fabrikant beantwoordt een andere vraag: hij kiest een toestel uit het eigen assortiment in plaats van het gebouw door te rekenen. Dat verschil zetten we uiteen in een vergelijking van de twee tools.
De begrippen uit dit artikel - bivalentiepunt, monovalent dimensioneren, SCOP - worden uitgelegd in de begrippenlijst voor installateurs. Een vraag waar dit artikel geen antwoord op geeft? Schrijf ons. Meer handleidingen vind je in de hulp.
Deze getallen komen uit dezelfde rekenkern die onze referentiewoning heeft berekend, met alle invoer gepubliceerd om na te rekenen. Bekijk de methode: een volledig doorgerekende referentiewoning.
Gratis account aanmakenDe app is in het Engels.