Op deze pagina:

• Hoe werkt een warmtepomp
• Voorbeeld van de werking
• Voordelen van een warmtepomp
• Kan een warmtepomp in elke woning worden toegepast
• Inzet monovalent, mono-energetisch en bivalent
• ‘ Klasieke’ bronsoorten voor een warmtepomp
• Stappenplan  van ontwerp naar realisatie naar uitvoering naar beheer en onderhoud

Hoe werkt een warmtepomp ?

Warmtepompen nemen bij lage temperatuur warmte op (bron zijde) en geven die met een verhoogde temperatuur weer af (afgifte zijde).  Dat gaat natuurlijk niet vanzelf, zodat er een of andere vorm van arbeid aan te pas moet komen (compressor / op elektriciteit).

De meest voorkomende soorten warmtepompen werken door een vloeistof bij lage temperatuur te laten verdampen en de damp bij hoge temperatuur te laten condenseren. In het eerste geval moet het kookpunt dus worden verlaagd en/of in het tweede geval worden verhoogd. Het kookpunt kan worden verhoogd door de druk te verhogen met een compressor (soort pomp), aan de andere kant kan het kookpunt weer worden verlaagd door de druk te laten zakken middels het vergroten van de ruimte voor het koudemiddel (via expansieventiel)

Het geheel van verdampen, comprimeren, condenseren en expanderen vormt een gesloten kringloop .

Er is energie nodig om de lage temperatuur-energie uit de bodem, water of omgevingslucht-energie naar een hoger niveau te brengen. Omdat de benodigde energie lager is dan de geleverde energie dragen warmtepompen bij aan een grote vermindering van de CO2-uitstoot. Het rendement van een warmtepomp wordt uitgedrukt in COP (=geleverd energie/gebruikte energie) en bereikt waarden, afhankelijk van de toepassing, van 2,5 tot 5 .

Laten we eens beginnen met een koelkast..

Wat gebeurt er in de koelkast ?
Er wordt binnen in de koelkast warmte onttrokken en deze wordt buiten de koelkast (achterop de koelkast dat zwart metalen rek) afgegeven.

Denkbeeldig gezegd ‘er loopt een transportband met warmte van binnen in de koelkast naar buiten de koelkast’ . De warmte wordt van binnen naar buiten getransporteerd.  Deze transportband is natuurlijk geen echte transportband.
Nee, de koelkast bevat (net als een warmtepomp) een ‘koudemiddel’ of  ‘hulpstof’ om dit te doen.

Van koelkast naar warmtepomp..

Een warmtepomp neemt dus ergens warmte op, om die elders af te geven.

Tussen dat opnemen en afgeven vindt er ook nog eens een temperatuursverhoging plaats. Dat gaat natuurlijk niet vanzelf, er is een vorm van ‘arbeid’ nodig om dit te doen. De warmtepomp (zoals wij hem hier bedoelen) werkt met een vloeistof (koudemiddel) met een lage kookpunt temperatuur.

Wat plaatjes ter verduidelijking..
Boven: Een globaal figuurlijk principe schema.
Onder: De compressor aangesloten op verdamper en condensor.

Uitgebreidere beschrijving / voorbeeld werking van een warmtepomp

Werking (bij bovenstaande tekening):  Het koudemiddel  is een ‘stof’ met een lage ‘kook temperatuur’
De tekening is een ‘situatie’ ergens in het werkingsgebied, een moment opname zeg maar.

A. Een compressor perst ‘damp’ samen waardoor druk en temperatuur oploopt, het koudemiddel gaat over naar gas vorm.
B. Dit, iets over verhitte gas, stroomt door de ‘condensor’ en geeft warmte af aan het cv water wat (gescheiden) ook door de wisselaar heen stroomt.
C. Doordat het koudemiddel warmte afgeeft in de condensor koelt het af en condenseert het naar vloeistof.
D. Bij de verbinding ‘oververhitter/onderkoeler’ draagt het nog wat warmte over.
E. Het expansieventiel (de dunne leiding gaat daarna over naar een ruimere) zorgt ervoor dat het samengeperste koudemiddel weer kan expanderen waardoor de druk weer afneemt.
F. Het afgekoelde koudemiddel gaat door de ‘verdamper’ waar het, door het verdampingsproces, energie (warmte) onttrekt aan de bron die daar (gescheiden) ook doorheen stroomt en gaat weer over in dampvorm.
D. De oververhitter voegt nog iets warmte toe waardoor echt alle vloeistof weer gasvormig is geworden (mede ter bescherming van de compressor).  En het proces begint opnieuw bij…A.
Aan de bron-zijde draait uiteraard het circuit over de (gesloten) bron in de bodem en aan de afgifte zijde het cv (vloerverwarming) systeem.

Attentie dit is een voorbeeld van ‘n bepaald type warmtepomp /  schakeldrukken en temperaturen verschillen per type warmtepomp en per ‘moment opname’.
Lage-drukschakelaar (LD) schakelt bijvoorbeeld af (storing) onder de 1,5 bar
Hoge-drukschakelaar (HD) schakelt bijvoorbeeld af  (storing) boven de 30 bar

Indicatie getallen:
De heet gas temperatuur (net achter de condensor uit)  is minimaal 20 ºC tot  maximaal 60 ºC hoger dan de condensor uit / aanvoer cv.  De oververhitting is normaal ca. 4 tot 8 ºC
De zuig gas temperatuur ligt in de nabijheid van de bron in temperatuur.
Het verschil tussen bron in / bron uit is ongeveer 2 tot 7 K

Warmtepomp storing Hoge druk:  Als er aan de afgifte kant geen ‘flow’ is doordat de pomp bijvoorbeeld niet draait, dan koelt het hete koudemiddel niet af en zal de druk  oplopen, de hogedruk beveiliging spreekt dan aan, immers daar loopt dan de druk op.
Wamtepomp storing Lage druk: Als er aan de bron-zijde geen flow is wordt het ‘koudemiddel’ niet warmer omdat het onvoldoende warmte kan onttrekken. Hierdoor zal de druk bij de lagedruk beveiliging te laag zijn waardoor deze aanspreekt.

Rol van het droogfilter / filterdroger
De filterdroger heeft meerdere functies:

• de deeltjes of onzuiverheden die zich in het koelmiddel bevinden (vijlsel, soldeerresten, afbraakproducten van de olie, …) tegenhouden. De verwijdering van deze stoffen door zeven voorkomt defecten door verstopping van de kleppen, capillaire buizen, reduceer openingen, …
• de vochtigheid (water) tegenhouden die eventueel in het koelmiddel aanwezig is. Deze vochtigheid kan leiden tot de vorming van ijs in de reduceerklep (opening verstopt) en van zuur slib.
• Sommige drogers hebben een zuurwerende functie. Ze vangen de schadelijke zuren op en vermijden zo corrosie.

Om het ‘kringloopverhaal’ van het koudemiddel  iets begrijpelijker te maken nemen we even water als voorbeeld:

Basisprincipe:
Als we ervan uitgaan dat het proces veel overeenkomsten vertoont met koken, condenseren bevriezen en smelten van water dan wordt het een beetje begrijpelijker.

Fusie
Om van een vaste stof ‘ijs’ over te gaan naar vloeistof, bij een constante temperatuur van 0°C absorbeert ijs een hoeveelheid energie die gelijk is aan 334,4 kJ. De warmte die het af te koelen product afgeeft, is de latente fusie warmte.

Kookpunt van water
Deze temperatuur komt overeen met het begin van de omzetting van vloeistof in damp. Het kookpunt wordt bepaald door de druk boven het vloeistof oppervlak. Bij elke druk hoort een bepaald kookpunt. Bij water;

• 151 °C bij 5 bar
• 100°C bij 1 bar (onze omgevingsdruk in de atmosfeer)
• 68°C bij 0,3 bar
• 12,7 °C bij 0,015 bar
• 6,7 °C bij 0,010 bar

Latente verdampingswaarde

Om van vloeistof over te gaan in damp bij een constante temperatuur van 100°C bij 1,013 bar (standaard atmosferische druk) vraagt water een hoeveelheid energie van 2254 kj

Oververhitting
Indien na het verkrijgen van verzadigde damp, meer energie wordt geleverd zodat de damp-temperatuur oploopt, verandert de verzadigde damp in oververhitte damp.

Condensatie
De verandering van vloeistof in gas is een omkeerbaar verschijnsel. Als we warmte van de damp wegnemen, verandert de waterdamp door warmte aan de omringende lucht af te geven van gasvormig in vloeibaar bij een constante temperatuur van 100°C. Als daarna het water nog verder afkoelt, wordt het onderkoeld.

In de ‘koeltechniek’ zijn er koudemiddelen (stoffen) ontwikkeld en samengesteld welke, net als water dus, bij bepaalde drukken en temperaturen veranderen van vorm en daarbij warmte afgeven of absorberen.

Bij het warmtepomp principe maken we dus gebruik van de overgangsvorm vloeistof naar gas en omgekeerd.

Bovenstaande tekening betreft dus koudemiddel R407C (een van de bekendste).

Voor de vakman: Onderstaand hebben wij bovenstaande momentopname van de koudemiddel kringloop getekend in het enthalpie (molier) diagram van R407. U ziet daarin een soort ‘berg’ dat is het gebied waarin R407 bestaat uit vloeistof en damp, het zgn. overgangsgebied. Links is de stof vloeistof en rechts damp.  Op de As treft u van beneden naar boven de druk in Bar en van links naar rechts enthalpie. In het diagram zelf treft u nog de temperatuur-lijnen in graden Celsius .

Toepassing warmtepompen

Een warmtepomp wordt toegepast in zowel woningen als utiliteit en industrie. De warmtepomp bestaat in feite al heel lang maar komt door steeds meer besef van groene energie en duurzaamheid steeds meer in beeld, vandaag de dag is de warmtepomp bij nieuwbouw woningen een vaak gemaakte keuze.

Op deze website beperken wij ons tot de warmtepomp toepassing in woningen!

Voordelen warmtepompen

Warmtepompen kennen ten opzichte van andere verwarmingstechnieken een aantal technische, energetische, economische en comfortvoordelen. Zeer belangrijk zijn momenteel de energetische voordelen. Warmtepomp verwarmingsinstallaties maken gebruik van hernieuwbaar vrij beschikbare omgevingsenergie. De inzet van zon, water, lucht en afvalwarmte zorgen voor een reductie op het gebruik van fossiele brandstoffen. Bij gebruikmaking van ‘groene stroom’ maken warmtepompsystemen
in principe geen gebruik van fossiele brandstoffen en hebben ze een gunstige invloed op de EPC/EPN en het Energie-label. Warmtepompen zijn verder zijn een effectieve manier om restwarmte effectief her te gebruiken. Warmtepompen zijn vaak omkeerbaar en kunnen behalve verwarmen indien gewenst ook op relatief energiezuinige wijze koelen. In combinatie met  bodem bronnen kunnen met vrije koeling kunnen COP’s worden gerealiseerd van 10-20. Door de reductie van de CO2 uitstoot veroorzaakt het gebruik van warmtepompen ter plaatse geen luchtverontreiniging. Warmtepomp systemen kennen verschillende uitvoeringsvarianten en toestel-grootten voor een groot scala aan ruimten. Nieuwe koudemiddelen worden steeds milieuvriendelijker en hebben weinig of geen invloed op de omgeving en voeren als enige verwarmingssysteem warmte in een gesloten natuurlijke kringloop naar de bron terug. Daarbij komt dat de bij de techniek behorende LTV warmte afgifte comfort verhogend is. Tenslotte geldt dat warmtepompen in combinatie met passieve koeling een veel gunstiger energiegebruik kent dan andere veel voorkomende koelsystemen.

Kan een warmtepomp in elke woning worden toegepast ?

Om warmtepompen te kunnen toepassen dient het gebouw aan minimale bouwkundige eisen te voldoen voor wat betreft de isolatie van de gebouw-schil en kierdichtheid. Daarbij dient het afgiftesysteem geschikt te zijn voor lagere aanvoertemperaturen. Aandachtspunt is de benodigde opstellingsruimte om de techniek inpandig te plaatsen, dit verschil wordt kleiner naarmate de capaciteiten stijgen. Voor toepassing van zogenaamde horizontale grondcollectoren als bronsystemen dient daarvoor wel de benodigde ruimte in de directe omgeving van de woning beschikbaar te zijn, of de ruimte voor een buitenunit bij een lucht/water toestel.  Een bijkomend aandachtspunt is het feit dat bij dalende buiten- dan wel brontemperaturen de rendementen van de warmtepomp zullen afnemen en dat de initiële installatiekosten hoger zullen zijn dan bij conventionele installaties. Verder geldt dat de voor het milieu schadelijke koudemiddelen aan het eind van de levenscyclus van het systeem zullen moeten worden gerecycled en dat de koel optie een negatieve invloed heeft op het energiegebruik van de warmtepomp.

Met andere woorden: als u een oude woning heeft die niet gerenoveerd of verbeterd is, dan is een warmtepomp (dus nog) geen goede oplossing. U kunt dan beter eerst zorgen dat u zo weinig mogelijk energie nodig heeft in uw woning, door isolatie en dubbel (HR) glas te plaatsen en daarna pas aan een warmtepomp  te denken. Een warmtepomp heeft een laag temperatuur afgifte systeem nodig zoals vloerverwarming of LT convectoren (hou daar bij een renovatie ook rekening mee). Een overweging kan wel zijn,  als u veel PV panelen heeft (stroom opwekt), om in de winter met een CV-ketel te verwarmen en in het voor- en najaar met een warmtepomp. Vaak redt u het in die periode wel met lagere temperaturen op uw radiatoren. Probeer het eens uit door de thermostaat van uw ketel op 50 ºC  te zetten.

(Noot: Er zijn ook warmtepompen die hoog temperatuur afgifte kunnen leveren (met ander koude middel) echter is verwarmen met aardgas m.b.t. euro’s dan voordeliger in gebruik, vandaar dat dit eigenlijk (nog) geen oplossing is.

Warmtebronnen voor warmtepompen

Om een warmtepomp goed te kunnen toepassen, zal op voorhand gekeken moeten worden naar een geschikte bron om de benodigde (gratis) warmte te leveren. De keuze zal afhangen van de plaatselijke omstandigheden en de warmtepomptoepassing. Meestal kan men hierbij kiezen uit:

• de ventilatielucht van de woning, of van een vergelijkbaar gebouw
• de omgevingslucht
• bodem-warmte, de bodem onder of naast het gebouw, met behulp van water of van water/ glycol-mengsel: a. horizontaal circa 1 – 1,5 m diep; b. verticaal grondwater, circa 30 – 70 m
• warmte uit oppervlakte- of zeewater of restwarmte uit bijvoorbeeld (industriële) processen;

Meer informatie over de soorten en verschijningsvormen van bronnen treft u elders op onze website (soorten).

Typen koudemiddelen

Er zijn een aantal typen koudemiddelen te onderscheiden die allen een eigen status hebben voor wat betreft hun gebruik, namelijk:

• CFK’s verboden, Chloorfluorkoolwaterstoffen bevatten naast chloor- en fluoratomen geen waterstof (H) atomen
• HCFK’s verboden,Chloorfluorkoolwaterstoffen bevatten naast chloor- en fluoratomen nog één of meer waterstof (H) atomen
• HFK’s Synthetische koudemiddelen, toegestaan, Fluorkoolwaterstoffen die naast fluoratomen nog één of meer waterstof (H) atomen bevatten
• HK’s Natuurlijke koudemiddelen, toegestaan, Reguliere gassen als Propaan, Propeen, CO2 en Ammoniak

Warmtepomp inzet methodes Monovalent, mono-energetisch en bivalent.

De warmtebron en de bouwkundige situatie hebben een grote invloed op de gewenste uitvoering van de warmtepompinstallatie. Afhankelijk van de situatie en de gekozen bron kan worden gekozen voor een Monovalent, mono-energetisch of een bivalent systeem. De verschillen zitten in alleen een warmtepomp, aanvulling met elektrisch verwarmingselement of een extra warmteopwekker. Hieronder worden de verschillende opties toegelicht.

Monovalente Werking

Bij dit systeem wordt uitsluitend verwarmd door de warmtepomp, er zijn geen bijverwarmingen. Hierbij is het dan ook zeer belangrijk dat de warmtepomp goed gedimensioneerd is. Men moet er voor zorgen dat er altijd genoeg warmte beschikbaar is, maar een over gedimensioneerde warmtepomp is natuurlijk ook niet goed (deze zal iets meer energie gebruiken en pendelgedrag met zich meebrengen). Natuurlijk moet ook rekening gehouden worden met de behoefte aan warm tapwater.

Mono-energetische werking

(Deze manier wordt het meest toegepast in de woningbouw in Nederland). De warmtepomp zorgt voor het grootste deel van de warmtebehoefte, maar bij erg koud weer wordt deze ondersteund door een ingebouwd elektrisch element.
Bij de meeste installaties wordt 80 % (Bétafactor 0,8) van het benodigde warmtevermogen ingezet als warmtepomp vermogen. Het aandeel van de jaarlijkse activiteit van de warmtepomp/compressor bedraagt dan ca 97 % en van het elektrisch element dus ca 3%.

Bivalent-parallelle werking

De warmtepompinstallatie wordt tijdens de verwarmingswerking aangevuld met een bijkomende warmtegenerator bijvoorbeeld een gasgestookte  HR cv-ketel. Het verwarmingsvermogen van de warmtepomp wordt dan meestal met een Bétafactor tussen .4 en .7 (40% tot 70% van het benodigde totaal vermogen) ingezet. In de periode dat de warmtepomp zelf onvoldoende energie kan leveren zal dus een 2e warmtegenerator worden bij geschakeld.

Bivalent-alternatieve werking  (ook wel hybride genoemd).

De warmtepomp zal een bepaalde periode voorzien in verwarming, waarna geheel gewisseld wordt naar een andere warmtegenerator (HR aardgas ketel bijvoorbeeld).
Dit komt in de praktijk voor bij lucht/water warmtepompen, er kan berekend zijn dat bijvoorbeeld onder een buitentemperatuur van 6 °C de HR aardgasketel minder energiekosten met zich mee brengt dan de lucht/water warmtepomp. De buitentemperatuur zal dan het omschakelpunt worden van warmtegenerator (boven 6 °C de lucht/water warmtepomp, onder de 6 °C de HR cv ketel).

 R+

Alle 4 (boven genoemde)  inzet methode kunnen worden aangevuld met R+
R+ = Renewable + extra Regeneration.
Voorbeelden:  Thermische zon-energie (collector of energie dak) wordt ingezet om de bron extra te regenereren en/of in voor- en naseizoen bij te dragen aan de verwarming (spiraal in buffertank)
Of  (ventilatie) lucht wordt ingezet voor extra regeneratie van de gesloten bodem bron.

Noot: In Nederland wordt over het algemeen de passieve koeling gebruikt voor (extra) regeneratie van de bron, dit valt echter niet onder het begrip R+.  /

R+ wordt in Nederland niet zo veel toegepast, omdat, als je veel zonenergie terug voert in een  gesloten bron, het passief koelvermogen beperkt wordt. Als in de zomer periode geen koeling van de woning gewenst is, is het aan te bevelen om van een gesloten bodem bron een R+ systeem te maken, let op !  De meeste warmtepompen hebben echter een maximaal bron temperatuur van 20 of 30 graden

BOA systematiek

‘BOA’ staat voor Bron, Omzetter / opwekker en Afgifte systeem.   Dit is bedacht om de keuze voor een systeem makkelijker te kunnen maken. Deze 3 moeten bij elkaar passen.  Zo is de omzetter in een conventioneel CV-systeem een CV-ketel en zijn de radiatoren met inbegrip van andere voorzieningen, zoals leidingen, expansievat en waterinlaat het afgiftesysteem. Net als de CV-ketel behoort de warmtepomp dus tot de categorie Omzetter (O). Maar waar de keuze van ketels gewoonlijk beperkt blijft tot een VR- of HR-uitvoering, ligt dit bij warmtepompen gecompliceerder. Soms helpt het dus om het systeem in 3 te splitsen en per onderdeel een keuze te maken, hoewel ze niet zonder elkaar kunnen.  Vaak is het logisch om met het afgiftesysteem, bijvoorbeeld vloerverwarming/koeling te beginnen.

Selectie warmtepompbron

Om een warmtepomp goed te kunnen toepassen, zal op voorhand gekeken moeten worden naar een geschikte bron om de benodigde (gratis) warmte te leveren. De keuze zal afhangen van de plaatselijke omstandigheden en de warmtepomptoepassing. Meestal kan men hierbij kiezen uit (reeds genoemd):

1. de ventilatielucht van de woning, of van een vergelijkbaar gebouw;
2. de omgevingslucht;
3. bodemwarmte, de bodem onder of naast het gebouw, met behulp van water of van water/ glycol-mengsel; a. horizontaal circa 1 – 1,5 m diep, b. verticaal grondwater, circa 30 – 70 m;
4. warmte uit oppervlakte- of zeewater of restwarmte uit bijvoorbeeld (industriële) processen;

Bij bodemwarmte wordt een aantal begrippen brijn en sole gehanteerd. Wanneer bijvoorbeeld wordt gesproken van een brijn/water (B/W) warmtepomp, dan wordt daarmee bedoeld dat de warmte uit de bron wordt onttrokken met een water/glycol-mengsel. Het doel is warmte te kunnen onttrekken op een niveau van 0 °C. Met sole wordt de bodem bedoeld die als bron wordt gebruikt voor het warmtepompsysteem. Onderstaand worden de verschillende bronnen één voor één toegelicht.

Ventilatielucht

De moderne woningen / gebouwen in Nederland dienen geventileerd te worden om de bewoners een gezond binnenmilieu te bieden en om de bouwkundige delen tegen vochtinwerking te beschermen. De afgezogen lucht is gemiddeld 20°C en kan prima als bron voor bijvoorbeeld een warmtepompboiler om tapwater te maken.. Door hun universele toepassing zijn deze warmtepompboilers zeer populair in Europa. Ventilatielucht warmtepompen voor cv-toepassingen zijn in opkomst, hoewel de hoeveelheid lucht natuurlijk beperkt is en er om deze reden al snel bijverwarming van een andere soort nodig is.

Omgevingslucht

De omgevingslucht heeft als groot voordeel dat deze overal in onbeperkte mate voorhanden is. De aanschaf- en installatiekosten voor het benutten van de omgevingslucht als warmtebron voor een warmtepomp zijn dan ook relatief laag. Het nadeel ervan is, dat de buitentemperatuur laag is als er veel warmte nodig is en hoog als er geen of nauwelijks warmte nodig is, en de COP van de warmtepomp relatief laag is vergeleken bij een bodem-warmtepomp. Een soortgelijke situatie ontstaat in een koelsituatie in de zomer. Het koelen moet dan actief met de compressor gebeuren in tegenstelling tot bij bodem toestellen waarbij de ‘koude’ uit de bodem min of meer ‘gratis’ kan worden gebruikt om passief te koelen. Dit betekent dat het gemiddelde jaarrendement van dergelijke systemen niet al te hoog is, behalve voor specifieke toepassingen zoals bijvoorbeeld zwembad verwarming in de zomer. Daarnaast is het zo dat er voortdurend kwaliteitsverbetering optreed het rendement wordt dus steeds wat beter naar gelang de techniek voortschrijdt.

Bodemwarmte

Om de bodemwarmte als bron te benutten, wordt meestal een gesloten bodem-warmtewisselaar gebruikt. Hierdoor is het mogelijk om de warmte, die in de bodem opgeslagen is, te benutten als bron voor de warmtepomp. De aardbodem slaat namelijk de door de zon ingestraalde warmte op en hierdoor heerst er al vanaf een geringe diepte een vrij constante temperatuur van 10 à 12°C. Er
zijn twee soorten bodemwarmtewisselaars te onderscheiden, namelijk horizontale en verticale bodemwarmtewisselaars:

1. De horizontale bodemwarmtewisselaars is gemakkelijk aan te leggen en levert (mits goed aangelegd) een basis voor een goed jaarrendement. De bodemwarmtewisselaar dient gedimensioneerd te worden aan de hand van de plaatselijke bodemgesteldheid ze zal meestal liggen tussen de 15 en de 30  Watt per meter. Het nadeel is wel dat er een relatief grote oppervlakte nodig is en die is er helaas bij de meeste woningen in Nederland niet.
2. Indien de benodigde grondoppervlakte er niet is, kan de bodemwarmtewisselaar verticaal worden ingebracht Deze werkwijze vergt een gedegen analyse vooraf, en een nauwe samenwerking met een grondboorbedrijf dat ervaring op dit terrein heeft.
3. Gebruikelijk worden er in Nederland bodemwarmtewisselaars toegepast tot een diepte van 30 à 100 m. De juiste diepte, het aantal en de afstand tussen de bodemwarmtewisselaars worden bepaald door de bodemgesteldheid, de beschikbare ruimte en de uiteindelijke warmteonttrekking.  Daarnaast moet de gehele installatie welke gebruik maakt van bodem warmte, horizontaal of verticaal, door een BRL gecertificeerd bedrijf worden gedaan.

De laatste jaren zijn er veel ontwikkelingen geweest op het gebied van dimensionering, materiaal, productie en kwaliteitsboring van de grondcollectortechniek. Het dimensioneren  van de grondcollector gebeurt aan de hand van de bodemgesteldheid en de verwarmingsbehoefte. Voor horizontale grondcollectoren is een diepte van 1,2 tot 1,5 meter gebruikelijk. Op deze diepte kunnen
grondcollectoren het hele jaar door voldoende warmte aan de bodem onttrekken. Vanwege het relatief grote oppervlak dat nodig is voor horizontale grondcollectoren wordt steeds vaker gebruik gemaakt van verticale grondcollectoren, ook wel ‘sonde’ genoemd, Bij dit type bron wordt geboord tot op een diepte van 30 wel 100 meter, slang wordt dus verticaal in de boring aangebracht, ook kunnen meerdere boringen (sondes) aan elkaar worden gemaakt voor meer vermogen.

Een alternatief voor de gesloten bodemwarmtewisselaar is het direct benutten van het grondwater als warmtebron, we spreken dan van een open bronsysteem. Water wordt omhoog gehaald, warmte eruit ontrokken, en op een andere plaats weer terug in de bodem gebracht. (zie de afbeelding hierboven).  Het voordeel om bodemwater toe te passen als bron voor warmtepompen is de hogere temperatuur welke na langere periode beschikbaar is. Als aandachtspunten kunnen de bodemwaterkwaliteit en de benodigde vergunningen genoemd worden. In tegenstelling tot een gesloten bron vergt een open bron onderhoud dit samen met de aanlegkosten van de bron, maakt dat voor woningen, ingeval van bodemenergie,  bijna altijd een gesloten bron wordt toegepast.

Als laatste noemen we nog ‘oppervlakte water’.  Hoewel er in Nederland veel oppervlakte water is wordt deze vorm toch niet vaak toegepast. Enerzijds moet er toestemming zijn van de eigenaar van het openwater en anderzijds moet het oppervlakte water van nature over het hele jaar een goede stroming hebben. Een rivier is dus geschikter dan een ‘plas’. Koude winters kunnen deze vorm lastig maken. Installaties bestaan uit gesloten collectors op de bodem van de rivier of uit het omhoogpompen van het oppervlakte water, gebruiken (energie onttrekken) en weer terug lozen.

Zomer/winter

Afhankelijk van de zomer-of wintersituatie kennen warmtepompen een ander bedrijf. In de winter wordt warmte aan de bron ontrokken die door een omzetter op het gewenste temperatuurniveau wordt gebracht en aansluitend aan het afgiftesysteem afgegeven. Afhankelijk van het type bron wordt het gekoelde medium teruggevoerd naar de bron, waarmee koude wordt ‘geladen’ voor het koelbedrijf in de zomersituatie. In de zomersituatie kunnen reversibele warmtepompsystemen worden gebruikt om te koelen. Wanneer in de wintersituatie ‘koude’ is geladen met de warmtepompinstallatie kan in eerste instantie worden gekoeld met het ‘vrije koelingsprincipe’ (passieve koeling). Hierbij wordt koude uit de bron gebruikt om warmte te onttrekken aan het afgifte systeem. Hiervoor wordt alleen water rondgepompt.  Wanneer het koelvermogen onvoldoende blijkt, of er geen bodembron is wordt de warmtepompinstallatie ingeschakeld om middels de compressor te kunnen koelen. Men spreekt dan over een ‘omkeerbare’ warmtepomp.  Wordt normaal in de bron warmte onttrokken en in de woning afgegeven, dan draait het proces om en wordt in de woning warmte onttrokken en in de bron (of elders) afgegeven.

Elektrische warmtepomp

De elektrische compressiewarmtepomp en de warmtepompboiler zijn de meest gangbare omzetters. De systemen kunnen worden uitgevoerd met elektrische naverwarming of een extra conventionele warmteopwekker voor de pieklast, zie het bovenstaande verhaal omtrent Monovalent, mono-energetisch en bivalent. Bij warm tapwaterbereiding speelt de legionellaproblematiek hierbij een belangrijke rol. Elektrische naverwarming is hierbij belangrijk omdat warmtepompen veelal niet de gewenste minimale
aanvoertemperatuur hiervoor kunnen realiseren, hoewel dit ongunstig is voor het jaarrendement van het systeem, anderzijds ‘des infectie’ hoeft maar 1x per week of 14 dagen plaats te vinden. De compressor brengt veelal de tapwatertemperatuur op zo’n 56 graden, dan pas komt het elektrische element in voor bijverwarming om de 56 graden op te tillen naar 65 graden Celsius.

Afgifte zomer/winter

In de woningbouw zijn met name de afgiftesystemen in de winter van belang voor verwarmingsdoeleinden. Koelwensen zijn momenteel nog niet echt ingeburgerd, hoewel bij sommige nieuwbouwwoningen koeling wenselijk is vanwege de doorwarming ten gevolge van de hoge isolatiegraad. Belangrijk bij warmtepomp installaties is het gegeven dat de afgiftesystemen bij voorkeur
worden gedimensioneerd op lage temperaturen, de zogenaamde Lage Temperatuur Verwarmingssystemen (LTV). Dit is noodzakelijk om het rendement van warmtepompen gunstig te beïnvloeden. Hoe hoger de noodzakelijke aanvoertemperatuur, hoe lager het rendement van het systeem. Het verdient daarom de voorkeur het verwarmd oppervlak (VO) zo groot mogelijk te maken. Vanwege het lagere aanvoertemperatuurregime dat iherent is aan warmtepomp systemen is het noodzakelijk om van convectieve warmte over te gaan stralingswarmte. Een beproefde warmte-afgifteconcept bij warmtepompsystemen is natuurlijk vloerverwarming, eventueel aangevuld met convectoren voor de bovenverdieping.

Het komen tot realisatie

Hoewel voor sommige installateurs een warmtepomp installatie een kwestie is van bekijken, offereren en plaatsen is er toch een bureaucraties proces bedacht. De bodemwarmtepompen dienen via deze weg te worden gerealiseerd (via BRL certificering) Lucht/water warmtepompen hoeven dat (nog) niet.  Maar naast de bureaucratie kan het toch een ‘handvat’ zijn.

Programma fase:

Van belang zijn de initiatieffase, haalbaarheidsfase en de projectdefinitie. In de initiatieffase worden de uitgangspunten vastgelegd die als basis dienen voor het ontwerp en de realisatie van het warmtepomp systeem. Bij de haalbaarheidsstudie worden de geïnventariseerde gegevens geanalyseerd en beoordeeld. Op basis hiervan wordt een voorlopig installatieconcept gekozen dat in technisch en economisch opzicht reëel is. Tijdens de projectdefinitie worden de uitgangspunten vastgelegd die de basis vormen voor het ontwerp van de installatie.

Demarkatie
De grenzen van het project worden eenduidig vastgesteld, in dit voorbeeld een combiwarmtepomp installatie voor ruimteverwarming en tapwaterbereiding en vrije koeling. Indien in deze fase blijkt dat de installatie bestaat uit meerdere onderdelen bestaat die los van elkaar kunnen worden gezien dan wordt van de afzonderlijke installaties een uitwerking volgens de MKK structuur gemaakt. Alle noodzakelijke componenten van de installatie worden in een principeschema vastgelegd. Ook wordt bepaald welke typen warmtepompen in aanmerking komen op basis van het typebron. Hierbij wordt bepaald of de installatie wordt opgebouwd uit losse componenten of dat gebruik wordt gemaakt van een toestel waarin alle functies zijn geïntegreerd, dus bijvoorbeeld met ingebouwde tapwaterboiler en ingebouwde passieve koeling. Hierbij worden ook de elektrische verwarmingselementen meegenomen voor de CV-en boilertoepassing.

Programma Van Eisen (PVE)
De huidige keuzes worden getoetst aan het PVE. In het PVE zijn eisen opgenomen ten aanzien van gebouw, bron, afgiftesysteem en gebruikers. Indien geen PVE beschikbaar is dient dit alsnog te worden opgesteld. In dit voorbeeld dienen vastgelegd te zijn: de keuze voor een individuele warmtepomp installatie, de toegepaste bron, het toegepaste afgiftesysteem, de keuze voor vrije koeling, de noodzakelijke hoeveelheid tapwater, het soort warmtapwater gebruikers, het toegepaste ventilatiesysteem en de opstellingsruimte voor de installatie inclusief boilervat.

Energievoorziening
Welke energievoorzieningen zoals gas, elektriciteit en/of stadsverwarming zijn er in de directe omgeving van het gebouw, en wat zijn de beschikbare vermogens. Het al dan niet aanwezig zijn van voorzieningen kan een heroverweging van gemaakte keuszes noodzakelijk maken.

Bron
De randvoorwaarden van het type bron moeten worden vastgesteld. Welke bronnen kunnen ter plaatse worden gerealiseerd. Is er een collectieve bron of moet zelf in een bron worden voorzien? Welke type bron is mogelijk, gesloten of open, en wat is de kwaliteit van het bronmedium. Wat zijn de randvoorwaarden voor aansluiting op een eventuele collectieve bron.

Afgiftesysteem
Voor het afgiftesysteem zijn gegevens nodig over het type warmtegebruikers, maximale aanvoertemperatuur, ontwerpvolumestromen, drukverliezen en minimale watervolume. Er worden drie temperatuurklassen LTV onderscheiden die allen hun randvoorwaarden voor afgiftesystemen kennen. Een minimale flow is noodzakelijk, ook als alle afsluiters zijn gesloten. Gelijktijdige toepasing van snelle en langzame afgiftesystemen wordt afgeraden, mits een gescheiden buffervat wordt toegepast.

Tapwaterbereiding
De tapwaterbereiding wordt afgestemd op het aantal bewoners, soort vraag (bijvoorbeeld douche of bad), en de laadtijd van de boiler.

Opstellingsruimte
Van de opstellingsruimte is het belangrijk de afmetingen, de vloerbelasting en de toegankelijkheid te kennen.

Geluidseisen
Worden in het PVE geluidseisen gesteld. Het bouwbesluit stelt een maximale eis van 30 dB(A) aan verblijfsruimten. Mogelijk zijn geluidwerende maatregelen nodig.

Ventilatiesysteem
Het type ventilatiesysteem is belangrijk. Lucht ingebracht via ventilatieroosters in de gevel hebben een negatieve invloed op het op te stellen verwarmingsvermogen, warmterugwinning daarentegen heeft een positieve (minimale) invloed.

Normen en richtlijnen
Relevante Normen en richtlijnen die betrekking hebben op warmtepompinstallaties zijn: geluidwering in gebouwen, Installatiegeluid, warmteverliesberekening kwaliteitseisen ventilatie systemen. Tevens zijn er technische bladen voor de berekening van het benodigde vermogen van de opwekkingsinstallatie en het volume van het boilervat.

Bronnenwarmtewisselaar
Indien het bronwater van onvoldoende kwaliteit is moet een bronwarmtewisselaar en een bronpomp worden toegepast.

Bouwkundige schil
Woningen waarin warmtepomp worden toegepast voldoen bij voorkeur aan nieuwbouweisen van het bouwbesluit ten aanzien van luchtdoorlatendheid, thermische isolatie en koudebruggen. De reden hiervoor is het lagere temperatuur niveau van het verwarmingssysteem waardoor de installatie minder stralingscompensatie geeft op koude stralende vlakken. In alle gevallen is het wenselijk te controleren of de eisen ook als zodanig zijn uitgevoerd.

Verwarmen
Als een woning ouder is dan 10 jaar kan het rendabel zijn om vóór het vaststellen van het vermogen van de warmtepomp eerst de isolatiegraad van de woning te verbeteren om warmteverliezen te verminderen bij verwarmen. De hieronder vermelde vermogens zijn indicaties voor de op te stellen warmtepompvermogens per vierkante meter vloer oppervlak:
Bestaande bouw met weinig warmteweerstand: circa 75 W/m2 Nieuwbouw met goede warmteweerstand: circa 50 W/m2
Nul-/ laagenergiewoning: circa 30 W/m2

Koelen
Door de zonnewarmtebelasting terug te dringen kan de koelbelasting van de woning worden verlaagd. Hierdoor kan een kleinere, en efficiëntere warmtepomp worden geselecteerd. De zonnewarmtebelasting van het gebouw wordt berekend volgens nationale methoden of aan de hand van een gevalideerd computerprogramma. Deze belasting moet worden vergeleken met de huidige waarden van de wet- en regelgeving op bouwgebied.

Ontwerpaanvoertemperatuur afgiftesysteem
Voor alle afgiftesystemen geldt één regime van aanvoertemperaturen, met een maximum van 55 °C. hierbij moeten logische combinaties van temperatuur en afgiftesysteem worden gekozen. Bij vloerverwarming bedraagt de ΔT 5 K, bij radiatoren 10 K. Een lage aanvoertemperatuur heeft een gunstige invloed op de COP. Een daling van de aanvoertemperatuur van 55 °C naar 35 °C heeft 40% hogere COP tot gevolg. Het heeft dus de voorkeur de aanvoertemperatuur zo laag mogelijk te houden.

Opwekking verwarmingsvermogen
Het benodigde opwekkingsvermogen is gebaseerd op de warmtebehoefte voor ruimteverwarming vermeerderd met het gemiddelde vermogen voor warmtapwaterbereiding. Belangrijke parameters zijn de bouwkundige schil, ontwerpaanvoertemperatuur, opwarmtoeslag volgens het Garantie Instituut Woningbouw (GIW), het ventilatiesysteem en het gemiddelde vermogen voor warmtapwaterbereiding. Een transmissieberekening stelt het vermogen voor verwarming vast.

Vrije koeling
Vrije koeling kan worden toegepast bij individuele opwekkingsinstallatie ten zij het afgiftesysteem niet geschikt is. Met grondwater of een gesloten bodem warmtewisselaar als bron is beperkte koeling mogelijk. Het beschikbare koelvermogen bedraagt 35 W/m2 bij wand- en 60 W/m2 bij vloer afgiftesystemen. Wand- en vloer afgiftesystemen zijn langzame systemen vanwege de grote massa. In verband met condensatie zijn radiatoren en convectoren niet automatisch geschikt voor koeltoepassingen. Ventilatorconvectoren moeten worden voorzien van condensafvoer.

Toepassing warmtepomp
De toepassing van de combiwarmtepomp moet worden heroverwogen wanneer sprake is van een groter tapwatergebruik dan de boiler toestaat, onvoldoende of ontoegankelijke opstellingsruimte, andere warmteopwekking beschikbaar is, ontwerpaanvoertemperatuur groter dan 45 °C of de geluidseisen worden overschreden.

Documentatie
Het resultaat van de programmafase wordt gerapporteerd. Hiervoor is een standaardrapport ontwikkeld waarin gegevens van het PVE en de gemaakte keuzes worden vastgelegd.

Ontwerpfase

Algemeen – Randvoorwaarden
Controleer de vastgelegde uitgangspunten: bouwkundig ten aanzien van bouwbesluit en technisch ten aanzien van alle geldende regelgeving en normen (BRL).

Communicatie – Benodigde informatie
De in de programmafase vastgelegde ontwerpuitgangspunten worden verder aangevuld ten aanzien van de bron. Het vermogen en de dimensies van de warmtepomp moet worden afgestemd op de volumestroom en het drukverlies van de bron. Ook worden de plaats en de afmetingen van de aansluitpunten van de bron vastgesteld voor de verdamper en de condensor. Tevens worden de plaats en afmetingen van de aansluitpunten van de boiler afgestemd.

Warmteopwekking ruimteverwarming en warmtapwater
Het vermogen van de warmtepomp bij ontwerptemperatuur is de som van de het vermogen voor ruimteverwarming, volgens ISSO 51, en het gemiddelde vermogen voor warmtapwaterbereiding. Keuze maken voor een mono- of bivalent systeem,  afhankelijk van de keuze van een warmtepomp met meerdere vermogensstappen en/of buffering. De buffering is afhankelijk van het minimale watervolume. Bij een bivalent systeem dient rekening te worden gehouden met de β-factor, 0,4<β<0,6. De β-factor is de verhouding tussen het vermogen van de warmtepomp en het totaal benodigde vermogen (ruimteverwarming en warmtapwaterbereiding). De bijstook voor warmtapwaterbereiding moet separaat worden vastgesteld.

Beschikbaarheid tapwater
Het tapwatersysteem moet voldoen aan de geldende NEN normen. De temperatuur van het tapwater moet gedurende een etmaal minimaal 55 °C kunnen bereiken, bij circulatiesystemen 60°C (Circulatie systemen achter een boiler die verwarmd worden door een warmtepomp zijn af te raden). Tevens gelden bij nieuwbouwwoningen GIW-eisen ten aanzien van watertemperatuur en wachttijd. De laadtijd van een boiler moet kleiner zijn dan 8 uur in verband met daltarief nachtstroom. Vanwege dezelfde tarievenstructuur in weekenden zijn weekprogramma’s voor desinfectie wenselijk.

Boilerselectie
Stel het gewenste type boiler vast op basis van energie, comfort en ruimteoverwegingen. Er kan worden gekozen voor een nachtstroom of een stand-by boiler. Een nachtstroomboiler is over het algemeen groter en neemt meer ruimte in beslag, maar wordt gedurende de nacht ‘geladen’ tegen het lage elektriciteitstarief. Wanneer de boiler leeg is duurt het lang voordat nieuw
warmtapwater beschikbaar is. De stand-by boiler is kleiner maar kan daarentegen op korte(re) termijn worden ‘geladen’, tegen het op dat moment beschikbare elektriciteitstarief. Op basis van de keuze, nachtstroom of stand-by boiler kan de inhoud van de boiler worden vastgesteld op basis van het aantal gebruikers en aanwezigheid van douche en/of bad. Als het aantal gebruikers niet bekend is, moet worden uitgegaan van minimaal 4 personen welke voldoende tapwater tot hun beschikking moeten hebben.
Als minimum kan worden aangehouden 40 liter van 55°C per persoon per dag voorraad. Voor 4 personen betekend dit dus minimaal een boilerinhoud van 4 x 40 = 160 liter (Indien meer comfort gewenst is, meer voorraad).

Geluidseisen
Het maximale geluidniveau van een warmtepomp bedraagt 55 dB(A), afgezien van eisen in het PVE.

Aansluiten warmtepomp
Bij het aansluiten van het toestel moet rekening worden gehouden met trillingsvrije opstelling. Voor sommige warmtepompen betekend dit dat er trillingsdempers onder de voeten en flexibele leidingen moeten worden toegepast. Daarnaast zijn er warmtepompen welke zo goed zijn geconstrueerd (ingebouwde trillingdempers) dat dit extern niet nodig is.

Aanbevelingen
Aan het geluidniveau in de opstellingsruimte worden in het bouwbesluit geen eisen gesteld, In het Nationaal Pakket Woningbouw is een norm van maximaal 30 dB(A) voor verblijfsruimten opgenomen. Kies de opstellingsruimte van de warmtepomp dusdanig dat de bronleidingen zo kort mogelijk zijn. Zorg voor voldoende isolatie van de leidingen tussen de warmtepomp en de boiler. Plaats
het toestel indien mogelijk zo dicht mogelijk bij het tappunt in de keuken. Kies een warmtepomp met minder dan 3 kg koudemiddelinhoud i.v.m. exta periodieke keuringen en inspecties die anders nodig zijn.

Geïntegreerde elektrische bijstook
In alle gevallen dient rekening te worden gehouden met legionellapreventie. Te onderscheiden zijn de elektrische bijstook geïntegreerd in de warmtepomp of in de separate boiler. De elektrische bijstook wordt dan als extra of als back-up (noodbedrijf) ingezet voor ruimte- en boilerverwarming respectievelijk alleen boilerverwarming. Bij thermische desinfectie wordt het verwarmingselement onder in de boiler geplaatst omdat daar de temperatuur bepalend is. Gelijktijdig warmtepompbedrijf is energetisch gezien gunstig, wanneer er sprake is van elektrische bijstook. De gegevens zoals spanning, stroomsterkte, nominaal opgenomen vermogen en beveiligingen moeten bekend zijn. Reguliere bijstookvermogens zijn 1,5-2,5 kW voor boilers en tot circa 9 kW voor warmtepompen.

Buffer
Parallelle buffers worden toegepast wanneer de minimale volume door het systeem kleiner wordt dan de minimale volumestroom over de condensor of de waterinhoud van het warmtepomp systeem te klein is. De minimale volumestroom over de condensor is afhankelijk van het minimale vermogen van de warmtepomp en is wenselijk voor een goede warmteoverdracht. Door het plaatsen van een buffer wordt pendelen (frequent aan/uit schakelen) van de warmtepomp voorkomen. Een buffervat verdient de voorkeur boven een bypass leiding met overstortventiel of open verdeler/verzamelaar met radiatorafsluiters.

Minimale waterinhoud
De minimale waterinhoud van het systeem is die hoeveelheid water die wordt rondgepompt wanneer alle (automatische) afsluiters in het systeem zijn gesloten. Deze hoeveelheid is te klein als de warmtepomp het water binnen 10 minuten 5-10 K in temperatuur kan verhogen. Dit tijdbestek is gedefinieerd op basis van het zogenaamde pendelgedrag bij meer dan 6 aan/uitschakelingen per uur.

Beschikbaarheid gegevens
De ontwerper dient minimaal te beschikken over het volume van het boilervat, installatievoorschriften, afmetingen, leeg en gevuld gewicht van de boiler en de isolatie van het buffervat.

Boiler
Het volume van het boilervat moet zijn afgestemd op het PVE en minimale eisen.  Het boilervat is thermisch voldoende geïsoleerd.
De ontwerper beschikt in dit stadium over de volgende gegevens: volume, stookwijze direct of indirect, warmteoverdracht indirect via spiraal of mantel, prestaties warmtewisselaar, installatievoorschriften, afmetingen, leeg en gevuld gewicht, isolatiewaarde ommanteling en gegevens eventuele bijstook. Aandachtspunten zijn het vermogen van de warmtewisselaar in de boiler die veelal is berekend op de hogere aanvoertemperatuur van CV-ketels en het energiegebruik van de extra circulatiepomp bij niet geïntegreerde boilers. Met andere woorden zorg voor een op de warmtepomp afgestemde boiler.

Circulatiepompen
Circulatiepompen moeten voldoen aan de geldende eisen. Het vermogen van deze pompen beïnvloed het systeemrendement. Het aantal moet daarom tot een minimum worden gereduceerd en de noodzakelijke pompen moeten energiezuinig, thans verplicht, worden geselecteerd. Ook de leidingdiameters en de daaraan verbonden leidingweerstand zijn op de benodigde opvoerhoogte en energiekosten van invloed. Voorkom daarnaast het onnodig draaien van circulatiepompen.

Isolatie
Leidingen, buffer en boiler dienen afdoende te zijn geïsoleerd. Installatiedelen zoals leidingen, pompen en afsluiters die een bedrijfstemperatuur kunnen bereiken die lager is dan 20 °C, moeten dampdicht worden geïsoleerd om condensvorming te voorkomen. Corrosie kan optreden in situaties met messing fittingen, ammoniak en dampdichte isolatie.

Hydraulische schakeling
Er zijn drie mogelijke hydraulische schakelingen voor woningen te onderscheiden. Deze systemen zijn uitgevoerd met een afgiftesysteem voor de woonkamer en voor de rest van de woning. De woonkamer bepaald de warmtevraag, de overige vertrekken zijn voorzien van één of meerdere verwarmingslichamen waarvan het tweede wordt nageregeld. Onderscheidend is de
hydraulische opbouw aan de opwekkerzijde.

Een korte omschrijving van de 3 basis schakelingen:

Hydraulische schakeling 1
Basissysteem met warmtepomp voorzien van geïntegreerde naverwarmer. Het aanvoerwater wordt door de driewegklep verdeeld over het vloer-/ wandverwarmingssysteem of de boiler. De boiler is voorzien van elektrische bijstook. Aanvullende verwarming van slaapkamers en zolder is mogelijk met overbemeten radiatoren en convectoren. Als de minimale waterinhoud van het systeem onvoldoende is wordt in de retourleiding van het cv-systeem een buffervat in serie opgenomen. Wanneer de overige vertrekken onvoldoende warm worden, dient de afgifte in de woonkamer te worden gereduceerd. Als regeling zijn voor het systeem de volgende opties:

• Regeling woonkamer met aan/uit thermostaat. Hierbij wordt eerst de naverwarmer uitgeschakeld en daarna de warmtepomp.
• Regeling woonkamer via stooklijn op basis van buitentemperatuur en een hulpregeling voor woonkamercompensatie.

Hydraulische schakeling 2
Warmtepomp circuleert in principe over een buffervat, in geval van warmtevraag wordt het aanvoerwater rechtstreeks naar de vragende groepen gebracht. Het systeem is voorzien van een externe naverwarmer. Het aanvoerwater wordt door de driewegklep verdeeld over het vloer-/ wandverwarmingssysteem / radiatoren / convectoren of de boiler. Het warmtepompsysteem is voorzien van een eigen circulatiepomp om het water over de buffer te voeren en een inregelafsluiter voor het verrichten van metingen. Het afgiftessysteem wordt bij voorkeur voorzien van een toerengeregelde pomp om te kunnen anticiperen op gewijzigde volumestromen door het dichtlopen of opengaan van thermostatische afsluiters. Er is geen bypassleiding nodig wanneer de pomp uitschakelt als de flow 0 wordt. Bij toepassing van radiatoren en convectoren in plaats van vloer- en wandverwarming, dan
moet de aanvoertemperatuur worden verhoogd naar 55 °C. De boiler is voorzien van elektrische bijstook. De regeling van het systeem gebeurd op basis van een vaste aanvoertemperatuur of via een stooklijn op basis van buitentemperatuur. Hierbij wordt eerst de naverwarmer uitgeschakeld en daarna de warmtepomp. Regeling overige vertrekken gebeurd met thermostatische radiatorafsluiters.

Hydraulische schakeling 3
Warmtepompsysteem voorzien van geïntegreerde naverwarmer. Het aanvoerwater wordt door de driewegklep verdeeld over het vloer-/ wandverwarmingssysteem of de boiler. Het afgiftesyteem is voorzien van een buffervat met bij voorkeur een toerengeregelde pomp. Met de toerengeregelde pomp kan worden geanticipeerd op gewijzigde volumestromen door het dichtlopen of opengaan van thermostatische afsluiters. Er is geen bypassleiding nodig wanneer de pomp uitschakelt als de flow 0 wordt. De boiler is voorzien van elektrische bijstook. De warmtepomp circuleert in principe over een buffervat, in geval van warmtevraag wordt het aanvoerwater rechtstreeks naar de vragende groepen gebracht. Het aanvoerwater wordt door de driewegklep naar de boiler gebracht wanner deze moet worden ‘geladen’. Het warmtepompsysteem is voorzien van een eigen circulatiepomp om het water over de buffer te voeren en een inregelafsluiter voor het verrichten van metingen. Bij toepassing van radiatoren en convectoren in plaats van vloer- en wandverwarming, dan moet de aanvoertemperatuur worden verhoogd naar 55 °C. De boiler is voorzien van elektrische bijstook. De regeling van het systeem gebeurd op basis van een vaste aanvoertemperatuur of via een stooklijn op basis van buitentemperatuur. Hierbij wordt eerst de naverwarmer uitgeschakeld en daarna de warmtepomp. Regeling overige vertrekken gebeurd met thermostatische radiatorafsluiters.

Algemene voorwaarden alle hydraulische systemen
Regeling, besturing en beveiliging.

De bijstook van het systeem dient zoveel mogelijk buiten bedrijf te worden gehouden door
keuze van een zo laag mogelijke aanvoertemperatuur. Indien noodzakelijk wordt de warmtepomp voorzien van een inregelafsluiter, om de regelbaarheid van het afgiftesysteem te verbeteren. Bij voorkeur de inregelafsluiter voorzien van meetnippels voor metingen tijdens oplevering, keuring en onderhoud. Voor een goede regelbaarheid van de installatie worden alle warmteafgiftesystemen en – lichamen voorzien van inregelafsluiters om op alle plaatsen de gewenste hydraulische debieten te realiseren. Inregelafsluiters hoeven niet van een meetvoorziening te worden voorzien als de standen zijn berekend via de voorinstelmethode. Dimensionering van het expansievat en veiligheidsventiel volgens de richtlijnen. Een installatie die wordt geregeld volgens een weersafhankelijke stooklijn kent een beter regelgedrag, met name voor de regelafsluiters.

Regeling, besturing en beveiliging  Voor een goede regelbaarheid van de installatie is een goede hydraulische inregeling een vereiste. De verdamper dient tegen invriezen te worden beveiligd.  Warmtapwatervraag is preferent boven ruimteverwarming. Om gebruik te kunnen maken van de laag elektriciteitstarief is programmering met een weekklok wenselijk.

Condensatie
Om condensatie te voorkomen wordt gekoeld met een minimale temperatuur van 18 °C. Om dit te realiseren kan gebruiken worden gemaakt van een mengregeling waarbij met behulp van driewegkleppen alleen het noodzakelijke bronwater wordt bijgemengd.

Schakeling koelen en verwarmen

Uit energetisch oogpunt moet te allen tijde worden voorkomen dat gelijktijdig wordt gekoeld en verwarmd. De omschakeling van verwarmen naar koelen kan automatisch worden gedaan op basis van binnen- en buitentemperatuur, met een minimale buitentemperatuur. Bouw een tijdfactor in de regeling, te weinig tijd tussen verwarmen en koelen kan energetisch ongunstig
zijn. Een handmatige schakeling door de gebruiker is mogelijk, mits deze niet vergeet de koeling uit te schakelen.

Ruimtetemperatuurregeling
Regeling is mogelijk met een aan/uit kamerthermostaat, met een weersafhankelijke (buitentemperatuur) regeling of met een combinatie hiervan. Met de aan/uit kamerthermostaat wordt het hoofdvertrek (woonkamer) geregeld. De overige vertrekken worden geregeld met handafsluiters of thermostatische radiatorafsluiters (TRA). Zonder warmtevraag in het hoofdvertrek is er geen warmte aanbod in de andere ruimten. Dit is kritisch wanneer zich een open haard in het hoofdvertrek bevindt. Ook wanneer er een studeer/ slaapruimte is kan het voorkomen dat deze onvoldoende warmte aanbod heeft. Deze situatie verslechterd wanneer het hoofdvertrek een oriëntatie heeft aan een zuidgevel en de studeer/ slaapruimte een noord of oostgevel. Met een weersafhankelijke regeling wordt de wateraanvoertemperatuur afhankelijk van de buitentemperatuur voorgeregeld (stooklijn). In alle ruimten wordt de temperatuur nageregeld met TRA’s. De buitentemperatuur opnemer wordt op de koudste gevel geplaatst. Hierdoor is altijd in alle ruimten aanbod van warmte met een voldoende hoog temperatuurniveau. Hydraulische gezien hebben beide typen regelingen hun eigen kenmerken. Voorwaarde is dat er altijd een minimale stroming van water door de afgiftesystemen mogelijk is om ‘pendelen’ tegen te gaan. Bij de aan/uit regeling is de minimale watervolumestroom afhankelijk van de warmteafgifte in het hoofdvertrek. Dit is in de regel voldoende omdat dit meestal het grootste vertrek in de woning is. Bij weersafhankelijk geregelde systemen is een bypass-leiding noodzakelijk om een minimale stroming te houden wanneer alle afsluiters zijn gesloten. De mengvorm bestaat uit een aan/uit kamerthermostaat waarbij de wateraanvoertemperatuur afhankelijk is van de ruimtetemperatuur (zogenaamde binnentemperatuurscompensatie). Deze regeling wordt afgeraden omdat zij in het meest gunstige geval de aan/uit regeling benaderd, maar in andere gevallen geen comfortabele ruimtetemperatuur realiseert.

Middelen – Bijdrage warmtepomp aan warmtelevering
Om tot een optimale warmtepompselectie te komen is inzicht in de juiste verhouding tussen opgesteld warmtepompvermogen (voor ruimteverwarming en warmtapwaterbereiding gezamenlijk) en de noodzakelijke elektrische naverwarming (bijstook) wenselijk. Deze verhouding wordt uitgedrukt in de zogenaamde β-factor. De optimale β-factor is vastgesteld op een waarde tussen 0,4 en 1. Een β-factor van 1 houdt in dat er geen elektrische bijstook plaatsvindt. Hoe lager de β-factor, hoe groter het aandeel bijstook en hoe kleiner het op te stellen warmtepompvermogen wordt. Het kleinere warmtepomp vermogen is gunstig voor de installatiekosten (aanschafkosten warmtepomp) en minimaliseren van het ‘pendelgedrag’.
Bij een lucht/water warmtepomp, welke bijna altijd modulerend is,  of bij een modulerende bodem warmtepomp met ‘glijdend vermogen, kiest u meestal voor β-factor (Betafactor) 1.

Berekening minimale waterinhoud
De minimale waterinhoud van het systeem is die hoeveelheid water die wordt rondgepompt wanneer alle (automatische) afsluiters in het systeem zijn gesloten. De hoeveelheid is te klein als de warmtepomp het water binnen 10 minuten 5-10 K in temperatuur kan verhogen. Dit tijdbestek is gedefinieerd op basis van het zogenaamde pendelgedrag bij meer dan 6 aan/uitschakelingen per uur. De temperatuurverhoging (5-10 K ) is afhankelijk van het keuringsregime dat wordt gebruikt voor het keuren van de warmtepomp. Deze norm is gebaseerd op een ΔT van 10 K over de condensor en 3 K over de verdamper, maar beter is een ΔT van 5 K over de condensor en 3 K over de verdamper.

Berekening volume buffer
Het buffervolume is het verschil tussen de minimaal noodzakelijke systeeminhoud en de werkelijke vrije systeeminhoud. Wanneer de vrije werkelijke systeeminhoud bijvoorbeeld 50 liter is en de minimaal noodzakelijke systeeminhoud 240 liter bedraagt, dan moet er een buffer in systeem worden opgenomen van 240-50 = 190 liter. Een groter buffer zal de schakeltijd (aan-uit
tijd van de warmtepomp) vergroten, wat gunstig is voor de levensduur. Een vaak door fabrikanten gehanteerde regel, bij een geheel na-geregelde installatie is 20 liter per kW minimum warmtepomp vermogen.
Voorbeeld: Bij een 5 kW aan/uit machine is dan een buffer nodig van 5 x 20 = 100 liter.
Bij een modulerende warmtepomp van 3 tot 12 kW is een buffer nodig van 3 x 20 = 60 liter.

Minimum inhoud en vermogen voor boiler

De inhoud van de boiler is 40 liter (van 55 graden) per persoon, dus met 4 personen 4 x 40 = 160 liter.
Daarnaast geld dat deze minimaal in 8 uur (nacht) opgeladen moet kunnen zijn.

Korte rekenmethode opwarmtijd  (liter x delta T) : 860 = kWh
Voorbeeld 160 liter moet van 10 naar 55°C worden gebracht (delta T = 55 – 10 = 45°C)
160 x 45 =  7200
7200 : 860 = 8,372 kWh is nodig om  de 160 liter water weer warm te maken.

(Een warmtepomp van 1,8 kW heeft daarvoor dus   8,372 kWh : 1,8 = 4,65 uur nodig.)

Rapportage ontwerpfase

Voor het starten van de uitwerkingsfase moeten de volgende uitgangspunten zijn vastgesteld:

• Processchema hydraulische schakeling

Installatietekening met daarin aangegeven:

• Bevestigingen
• Elektrische aansluitpunten
• Aansluitmaten leidingen
• Functionele omschrijving regeling, besturing en beveiliging
• Beschrijving en dimensionering opwekkingsinstallatie en componenten
• Beschrijving en dimensionering regelapparatuur

Uitwerkingsfase

De uitwerking betreft de definitieve selectie van onderdelen van de warmteopwekkingsinstallatie voor verwarming en warmtapwaterbereiding. Er kan pas met de uitwerkingsfase worden gestart wanneer alle gegevens van de ontwerpfase beschikbaar zijn.

In de programmafase en ontwerpfase zijn een aantal rapportages opgesteld, deze zijn nu definitief vastgesteld. Het woningontwerp is gereed, bouwkundig PVE en definitief ontwerp met principedetails. Het ontwerp van bron- en afgiftesysteem en het warmtapwatersysteem zijn gereed.

Op basis van de beschikbare informatie wordt een definitieve selectie van alle installatiecomponenten. Hierbij wordt vermeld: de ontwerpspecificaties van de installatie, documentatie van de fabrikanten/leveranciers en de kosten. Leg de verschillen vast ten opzichte van specificaties zoals die in de ontwerpfase waren opgesteld. Alle resultaten van de uitwerkingsfase zijn verwerkt
in het bestek en de bestekstekeningen.

Realisatiefase

Montage en materiaal
Waterzijdig moeten alle verbindingen moeten lekdicht zijn door middel van soldeerverbindingen, knelkoppelingen of fitwerk. De installatie moet zijn uitgevoerd met een minimum aan verbindingen en verloopstukken. Bij grotere serie woningen kan het wenselijk zijn een proefwoning te voorzien van een volledig geïnstalleerde installatie en deze na een zorgvuldige test pas op te schalen naar de uitvoering van het gehele project. Hiermee kunnen montageproblemen worden voorzien en geoptimaliseerd, de installatie kan worden getest ten aanzien van de ontwerpeisen en monteurs hebben een voorbeeld van de installatie.

Eisen ten aanzien van corrosiewering, water als warmtetransportmedium voor ruimteverwarming en het vullen en afpersen zijn , even als de eisen voor het waterzijdig inregelen opgenomen in ISSO publicaties (ruimteverwarming).

Oplevering

Voor de oplevering moeten de volgende punten worden gecontroleerd:

• Is de plaatsing van het toestel conform de voorschriften van de leverancier.
• Is het separate boilervat zo dicht als mogelijk bij het keukentappunt geplaatst.
• Zijn de waterzijdige verbindingen gecontroleerd op dichtheid en met trillingsvrije aansluitingen verbonden met de warmtepomp
• Zijn in het afgiftesysteem en aan de bronzijde expansievoorzieningen geplaatst.
• Zijn de inlaatcombinatie en de overstort correct aangebracht
• Is de isolatie volledig aangebracht en nog overal intact. Is de dampdichte isolatie op de juiste leidingen aangebracht
• Is de installatie waterzijdig correct ingeregeld.
• Is de elektrische installatie conform het voorschrift van de leverancier afgezekerd. Is de draairichting van de compressor correct.
• Zijn de leidingverbindingen van het geschikte materiaal, druk, temperatuur en wijze van montage.
• Is de warmtepomp ingesteld en ingeregeld conform de eisen van de leverancier en de eigen eisen.
• Is de gebruiker geïnstrueerd over de werking van de installatie.
• Heeft de gebruiker/opdrachtgever de documentatie van alle installatiecomponenten ontvangen. (De gebruiker/opdrachtgever krijgt een set documentatie van alle installatiecomponenten samengesteld conform de eisen).

Beheerfase

Garantie
Om de beheerfase goed in te gaan moeten gegevens over garantie, service en onderhoud worden vastgelegd. Ook moeten er afspraken worden gemaakt over hoe wordt omgegaan met storingen, het niet goed functioneren van de installatie en rapportagefrequentie voor de nazorgactiviteiten. Ten aanzien van de garantievoorwaarden moet worden vastgelegd welke informatiestromen te verwachten zijn en wie de aanspreekpunt worden aan opdrachtgever en opdrachtnemerzijde. Belangrijk is de werkwijze voor het afhandelen van garantiekwesties en waar de verantwoordelijkheden liggen. Afgesproken moet worden hoe te handelen bij storingen en het niet goedfunctioneren van de installatie. De projectinformatie moet worden gedocumenteerd, hiervoor moet een papieren en/of digitaal archief worden aangelegd. Ook moeten afspraken worden gemaakt over de formats waarin de gegevens worden gedocumenteerd.

Service & onderhoud
Zorg voor een goede procedure om gemelde storingen zo snel mogelijk in beeld te krijgen bij de verantwoordelijke persoon, zodat deze tijdig kunnen worden ingepland en afgehandeld. Gedacht kan worden aan een (tijdelijk) monitoringsysteem om inzicht te krijgen in het gedrag van de installatie en snel oorzaken van eventuele storingen te kunnen vaststellen.

Een rapportageprotocol voor de nazorgactiviteiten is wenselijk om de bevindingen naar de opdrachtgever/gebruiker te communiceren. Er moeten standaard inspectie- en onderhoudsrapporten worden opgesteld die fungeren als checklist bij de service en het onderhoud.

Leg ervaringen vast in evaluaties. Gebruik hiervoor documenten zoals die zijn gemaakt in de Uitwerkingsfase. Verzorg interne kennisoverdrachtstrajecten om de leermomenten te delen met collega’s, zeker wanneer warmtepompsystemen een nieuwe techniek zijn binnen het bedrijf. Neem hierbij ook de leermomenten van storingsmeldingen mee. Zet een procedure op hoe te handelen bij eventuele geschillen. Streef naar standaardisatie van gebruikte technieken en maak gebruik van standaard subsystemen. Een aantal componenten uit de in het voorbeeldproject beschreven installatie, zoals LTV, betreffen technieken die ook in conventionele installaties voorkomen. Monitor in de beginfase, maar ook gedurende het eerste jaar, de nieuwe installatie op technisch en energetisch functioneren.

Om een langdurig en probleemloos functioneren van een warmtepompsysteem te bewerkstelligen dienen jaarlijks een aantal controle en/of onderhoudsacties te worden uitgevoerd. Alle acties dienen hierbij te worden uitgevoerd door deskundig personeel. Verder is het hierbij van belang de onderhoudsvoorschriften, zoals door de leverancier van de warmtepomp is opgesteld,
in acht te nemen.

Het onderhoud van warmtepomp installaties is onder te verdelen naar een aantal hoofdpunten.
Belangrijke te onderscheiden hoofdpunten zijn:

• Algemene onderhoudspunten met betrekking tot de opstellingsruimte en aanwezige leidingen en appendages;
• meten van installatieparameters
• aandrijving van de compressor
• de verdamper
• de condensor
• de tapwaterbereiding
• de regeling en beveiliging.

Belangrijk hierbij is het bijhouden van een logboek waarin wordt vastgelegd wat de uitgevoerde actie is: controle of meting en de eventuele vervolgacties zoals afstellen, reinigen of vervangen van onderdelen. Volledigheidshalve kunnen in het logboek ook de algemene gegevens worden vastgelegd zoals: abonneenummer, onderhoudsnummer, merk en type, bouwjaar, naw gegevens, lokatie en onderhoudsbedrijf, telefoonnummers, datum en tijd van het bezoek, opmerkingen, advies en gebruikte materialen.
Kies zo mogelijk een warmtepomp met minder dan 3 kg koudemiddelinhoud. Volgens wetgeving moeten installaties met een grotere koudemiddelinhoud eenmaal per jaar worden gecontroleerd en onderhouden en dient een installatielogboek te worden bijgehouden.  Werkzaamheden aan het koudemiddelcircuit mogen alleen worden uitgevoerd door daarvoor erkend personeel conform de wettelijke voorschriften. Soms stellen ook warmtepompleveranciers eisen ten aanzien van de frequentie van het te plegen onderhoud.

Voordat wordt aangevangen met de onderhoudswerkzaamheden is het wenselijk vast te stellen hoe de warmtepomp heeft gefunctioneerd volgens gebruiker. Controleer of de opstellingsruimte nog voldoet aan de veiligheidseisen, hierbij valt te denken aan de elektrische installatie ventilatievoorzieningen, waterzijdige aansluiting op bron en afgifte inclusief appendages zoals waterfilters, debietschakelaars, warmtewisselaars, afsluiters etc. Hierbij dient ook de waterdruk in het systeem, de staat van de (dampdichte) isolatie en de werking van het expansievat en overdrukventiel te worden gecontroleerd. Indien ontwerpspecificaties voor de bron niet worden gehaald moeten leidingen, warmtewisselaar en appendages worden gereinigd. In geval van een brijn systeem moet de concentratie glycol en/of antivries worden gecontroleerd en indien nodig verhoogd. Sommige warmtepomp beschikken over een luchtfilter, dit dient te worden gecontroleerd op vervuiling en eventueel vervangen. Het aantal draaiuren en aan-/uitschakelingen wordt vastgelegd in een logboek. Voor een storingsvrij functioneren van de grotere warmtepompen is het wenselijk te controleren dat de aandrijfriemen (indien aanwezig) in een goede conditie verkeren.

Om het functioneren van de warmtepomp te controleren dient een aantal metingen te worden verricht. Parameters zijn de netspanning , het elektriciteitsverbruik bij vollast, het warmtapwaterdebiet, de instelling van de warmtapwatertemperatuur, de Koudemiddeldruk (alleen als daar aanleiding toe is)  en hoeveelheid en het temperatuurverschil en debiet waterzijdig over verdamper en condensor.  Reinig de verdamper (buitenunit) extern en de eventuele ventilatoren van warmtepompsystemen die lucht als bron hebben.

De tapwater bereiding moet worden gecontroleerd op de werking van de driewegklep, inlaatcombinatie, de boiler, de isolatie van de boiler en de beschermingsanode van de boiler.

Belangrijk is het gegeven of de installatie is voorzien van monitoring. Hiermee is een keur aan gegevens beschikbaar die aanwijzingen kunnen geven voor het gewenste onderhoud. Belangrijk voor de regel- en beveiligingsinstallatie is een controle van alle instellingen, zijn deze nog conform de eerste inbedrijfstelling. Kijk of de bijstook juist is ingeregeld en of de bedrading in goede staat verkeert. Controleer de werking van de pressostaat. In geval het bronsysteem gebruik maakt van een brijn als transportmedium dient de vorstbeveiliging te worden gecontroleerd op zijn werking.