Warm water maken met de warmtepomp (1)
Voor Warm water bij een warmtepomp is altijd een boiler nodig. Soms zit de boiler in de behuzing van de binnenunit.
Warm water maken met een cv-combiketel
We gaan eerst kijken hoe we warm water kunnen maken met een cv-ketel, voordat we naar de warmtepomp toegaan. De meeste cv-ketels hebben een ingebouwde platenwisselaar waar aan de ene kant warm cv-water in gaat, en aan de andere kant leidingwater wordt verwarmd tot bijvoorbeeld aangenaam douchewater. Dit is ideaal als men altijd op ieder gewenst moment van de dag over warm water wil beschikken. Het nadeel is dat de straal (volumestroom) gering is, meestal 8 liter per minuut van 60 °C bij een combi-ketel van 25 kW. En dit geeft gelijk aan dat deze methode niet kan met een kleine warmtepomp. De meeste warmtepompen voor woonhuizen hebben een vermogen van maximaal ca. 10 kW en daarbij nog een lage aanvoertemperatuur van ca. 55 °C, terwijl de cv-ketel wel ruim 80 °C kan halen. Hier door is het onmogelijk is om een platenwisselaar toe te passen bij een warmtepomp.
Warm water maken met een cv-ketel voorzien van een boiler
Als we een boiler opwarmen met een cv-ketel dan gebeurt dit vaak met een hoge aanvoertemperatuur van ca. 80 °C om zo het boilervat geleidelijk op 60 °C te krijgen. Afhankelijk van de inhoud van de boiler gaat dit vrij snel. Het voordeel van een boiler is dat men snel bijvoorbeeld een ligbad vol kan laten lopen. Het nadeel is dat men als de boiler helemaal leeg is even moet wachten tot deze weer opgewarmd is. Omdat een warmtepomp max. 50 °C aanvoertemperatuur kan maken is het opwarmen van een boiler zoals een cv-ketel dat doet, niet mogelijk. De warm watertemperatuur van het boilervat ligt meestal ca. 15 graden lager dan de aanvoertemperatuur van het cv-water.
Warm water maken met een warmtepomp voorzien van een boiler
Nu we weten hoe we leidingwater kunnen opwarmen met de cv-ketel gaan we kijken hoe we dit elektrisch kunnen doen met een warmtepomp. We weten dat het vermogen en de temperatuur laag is van een warmtepomp. Dat betekend dat we niet om een opslagvat (boiler) heen kunnen. Die is nodig. We kunnen ons nog afvragen of we misschien dan beter water van een lagere temperatuur kunnen opslaan dan de gebruikelijke 60 °C. Met de mengkraan mengen we toch - voor bijvoorbeeld het douchen - koud water bij tot het water ca. 40 °C is. Het nadeel is dat men dan een grotere boilerinhoud nodig heeft en periodiek het boilerwater toch heel warm moet maken om legionellabacterien te doden. Grotere boilers zijn duurder en nemen meer ruimte in beslag. Het voordeel is dat het rendement (de COP) van warmtepompen bij lage temperaturen hoger is (zie grafiek).
Hoe hebben de warmtepompfabrikanten dit opgelost?
bij drie verschillende aanvoertemperaturen.
Om te beginnen hebben we ook te maken met wet en regelgeving. In Nederland is het verplicht dat de warmwatertemperatuur op tappunten minimaal 55 °C moet zijn, en in geval van een recirculatieleiding zelfs 60 °C. Daarmee vervalt de mogelijkheid om kouder water op te slaan in een boiler. Veel warmtepompen hebben de mogelijkheid om een boiler intelligent op te laden. Dat wil zeggen dat het koude leidingwater (gemiddeld ca. 10 °C in Nederland) eerst wordt opgewarmd tot bijvoorbeeld 40 °C met een gunstige COP. Vervolgens wordt het boilerwater met een minder gunstige COP doorverwarmd tot de gewenste 55 °C. Eventueel kan men nog een derde stap tot 60 °C doen door het elektrische element in te schakelen. Het zal duidelijk zijn dat dit een erg economische en efficiënte methode is. Vergelijk het met auto rijden, als men 200 km/h rijd is men sneller van A naar B dan als men maar 50 km/h rijd, alleen het brandstofverbruik is wel veel hoger. Meestal kan men de waardes instellen op de warmtepomp om het meeste rendement er uit te halen. Let wel, bovenstaand is een voorbeeld, en zeker niet van toepassing op alle warmtepompen. Hieronder nog een ander voorbeeld.
Voorbeeld: Een 200 liter boiler die helemaal koud staat, en opgewarmd moet worden naar 60 graden. De warmtepomp is 8 kW en kan max. 57 °C cv-water maken. De COP van de warmtepomp halen we uit de grafiek op deze pagina. De buitentemperatuur is 15 °C.
Traject 1: van 10 naar 40°C, COP=6.2, Q=6.83 kWh / 6.2 = 1.1 kWh
Traject 2: van 40 naar 55°C, COP=3.3 Q=3.41 kWh / 3.3 = 1.03
Traject 3: van 55 naar 60°C, COP=1 Q=1.14 kWh
Toelichting traject 1: Q= m . c . ΔT = 200 . 1.138 . (40 – 10) = 6.83 kW. Dit is het vermogen wat geleverd moet worden om de boiler op te warmen. De warmtepomp doet dat met een rendement van 620%. Uiteindelijk is er dus maar 1.1 kWh aan energie nodig. Eenzelfde soort berekening kan men voor traject 2 en traject 3 uitvoeren. De COP van een elektrisch element is 1. m = de hoeveelheid water, c = 1.138 is een constante en ΔT is het temperatuursverschil.
Omdat de COP fluctueert met de buitentemperatuur wordt meestal voor het gemak met het jaargemiddelde gerekend, de SCOP. In de winter kost het opwarmen van de boiler meer energie dan in de zomer. Is de SCOP = 3 dan zal over een heel jaar gezien gemiddeld 200 . 1.138 . (55 - 10) = 10.24 kWh + 1.14 kWh van het elektrisch element is totaal 11.38 kWh voor het opwarmen van de boiler nodig zijn.
Werkelijke hoeveelheid beschikbaar warm tapwater
Een boiler is nooit 100% aftapbaar. Zodra men warm water tapt komt er onderin de boiler weer koud water binnen wat zich enigszins mengt met het aanwezige warme water in het boilervat. Volgens ISSO 72 is ca. 80 tot 85% van een boiler bruikbaar. Gaan we weer uit van ons voorbeeld met de 200 liter boiler, gevuld met warm water van 60 °C. Hoeveel liter water van 40 °C hebben we nu tot onze beschikking?
Ook dit kunnen we weer uitrekenen met de bekende formule Q = m . c . ΔT (zie kader voor uitleg).
Q = 200 . 4180 .(60 - 10) = 41.8 MJ, of in kiloWatturen:
Q = 200 . 1.138 . (60 - 10) = 11.61 kWh.
De hoeveelheid water van 40 °C is dan: Q/( m . c . ΔT) = 41.800.000 / (4180 . 30) = 333 l.
Hiervan dient men de tapdrempel van 85% nog over te berekenen, d.w.z. dat er 85% van 333 = 283 liter water van 40 °C ter beschikking staat.
En passant hebben we ook de benodigde hoeveelheid energie berekend die nodig was om deze boiler op te warmen, nl 41.8 MJ wat overeenkomt met 11.61 kWh.
Bron: Daikin.
Bron: Daikin.
De opwarmtijd van de boiler
Om 200 liter water op te warmen van 10 naar 60 graden is 11.61 kWh nodig. We gaan verder met de gegevens uit ons voorbeeld. Daarvan heeft de warmtepomp 11.61 – 1.14 = 10.47 kWh voor zijn rekening genomen, en het elektrisch element 1.14 kWh. Gaan we weer uit van een warmtepomp van 8 kW dan is de opwarmtijd tot 55 °C: 10,47/8 = 1.31 uur. Als we met een elektrisch element van 9 kW de boiler opwarmen tot 60 °C dan komt daar bij 1.14/9= 0.12 h. Totaal dus 1.31 + 0.12 = 1.43 uur.
Vraag en antwoord
1. Wat is een recirculatieleiding voor tapwater?
Dit is een ringleiding waar continue met een klein pompje het warmwater word rond gepompt.
Vroeger kwam dit veel voor in grote woningen, om overal op ieder tappunt direct warm water te hebben. Tegenwoordig zien we het eigenlijk alleen nog in hotels, bejaardenhuizen en andere grote collectieve voorzieningen.
2. Waarom rekening houden met de aftapbaarheid van een boiler als hij toch weer direct bijgewarmd word?
De ISSO schrijft dat voor, en het is inderdaad vooral belangrijk voor nachtstroomboilers. Als de boiler dan helemaal leeg getapt is dan komt er koud water uit. Stand-by boilers worden, na afkoeling van een bepaalde hoeveelheid liters water, weer automatisch opgewarmd. Feit blijft dat dit de aftapbaarheid van de boiler niet wijzigt.
3. Is een hybride warmtepomp in geval van warm water niet aantrekkelijker voor kleine woningen?
Met full-electric warmtepompen is men gedwongen om met de warmtepomp ook warm water te maken. Kiest men voor een hybride oplossing dan wordt warm water gemaakt door de cv-ketel. Het rendement van warm water maken met een cv-ketel en een warmtepomp verschilt niet veel van elkaar. Voor verwarming van een geïsoleerde woning met LT-verwarming is het rendement van een warmtepomp wel veel hoger dan dat van een cv-ketel.
Verduurzaam uw huis
in 10 stappen. De energietransitie van uw woning.
Geluid warmtepomp
Bereken het geluidsniveau van uw warmtepomp
Electriciteitsverbruik
Bereken uw toekomstig elektriciteitsverbruik met de tool
Soorten warmtepompen
Vergelijk warmtepompen en kies uw warmtepomp