Belang van warmteverliesberekeningen en correcte dimensionering van een warmtepomp

Een belangrijk onderdeel in het ontwerp van een goed werkende verwarmingsinstallatie is de bepaling van het juiste vermogen. Overdimensionering was lang een standaardpraktijk om comfortproblemen in de winter te voorkomen. Dit is voor goed geïsoleerde gebouwen echter niet meer relevant en kan zelfs verschillende problemen in de hand werken. Hoge vermogens zorgen bijvoorbeeld voor pendelgedrag, omdat het toestel veelvuldig moet aan- en uitschakelen, wat nadelig is voor het rendement en de levensduur van de installatie. Deze problematiek geldt voor alle verwarmingstoestellen, maar is nog het meest van belang bij warmtepompinstallaties, waar elke kilowatt zich vertaalt naar een hogere investeringskost.

KCE, het KennisCentrum Energie, is een multidisciplinair expertisecentrum van Thomas More dat zich richt op het beheer van energiesystemen in gebouwen en in glastuinbouw. Een deelactiviteit van het kenniscentrum is het uitwerken van praktische tools die gebruikt kunnen worden door installateurs en ontwerpers van gebouwen en technische systemen. Recent werden onze dimensioneringstools voor gebouwen in een nieuw jasje gestoken, waaronder ook een nieuw hulpmiddel voor een snelle warmteverliesberekening op basis van EPB-gegevens en een dimensioneringstool voor warmtepompinstallaties. Een overzicht van deze nieuwe pagina met alle KCE-tools vind je op kce.thomasmore.be/tools-gebouwen.

Warmteverliesberekening of warmtebelasting

De eerste stap in de selectie van een installatie is het zo correct mogelijk bepalen van de warmtebelasting (d.i. warmteverliezen door transmissie en ventilatie, inclusief opwarmingsvermogen wanneer van toepassing). Hierbij komen er verschillende bouwtechnische aspecten van de woning aan bod die belangrijk zijn om goed in te schatten. In de meeste woningen zijn transmissieverliezen de belangrijkste bepalende factor. Dit zijn de warmteverliezen doorheen de muren, daken, vloeren en ramen van de woning en deze variëren sterk van woning tot woning, afhankelijk van de grootte, compactheid en isolatiewaarde van het gebouw.

Naast de transmissieverliezen zijn er nog de ventilatieverliezen. Deze zijn tweeledig: enerzijds heb je bewuste mechanische ventilatie die ten allen tijde zorgt voor een comfortabel binnenklimaat. Dit kan op verschillende manieren gebeuren, maar de meest toegepaste ventilatiesystemen zijn extractie-ventilatoren (type C) en balansventilatie met geforceerde toevoer en extractie (type D). Het grote verschil tussen beide is dat balansventilatie een groot deel van de warmte kan recupereren en dus zorgt voor een lagere warmtebelasting. Het tweede onderdeel van de ventilatieverliezen ontstaat door de beweging van lucht door kieren en spleten in de woning. Dit zogenaamde infiltratiedebiet is sterk afhankelijk van de afwerking van een gebouw en kan gemeten worden met een blowerdoortest. De waarde van dit ‘lekdebiet’ is echter meestal pas gekend bij de afwerking van de woning.

De laatste factor voor het bepalen van de warmtebelasting is de opwarmfactor. Afhankelijk van verschillende andere factoren, zoals bijvoorbeeld de isolatie en thermische capaciteit van het gebouw en de maximale duur van de nachtverlaging, is het mogelijk om een specifiek opwarmvermogen te bepalen om de woning binnen de gewenste opstarttijd terug op temperatuur te brengen. Een aanpassing in de norm EN 12831-1 adviseert om dit opwarmvermogen in residentiële gebouwen niet mee te nemen in de warmtebelasting, tenzij specifiek gewenst. Om overdimensionering van de installatie te voorkomen, is het beter om een regelsysteem te gebruiken dat de daling in temperatuur op de koudste dagen kan voorkomen.

Belangrijke rol EPB-verslag

Idealiter wordt er bij warmteverliesberekeningen per ruimte rekening gehouden met alle wanden, oppervlakten en isolatiewaarden en worden de aangrenzende temperaturen opgegeven voor binnen- en buitenschildelen, net als de juiste ventilatiedebieten (infiltratie, doorstroom, toevoer en extractie) en dit alles volgens de norm EN 12831. Deze methodiek vergt uitgebreide berekeningen en/of het gebruik van specifieke software, waarbij de tijdsbelasting voor de uitvoerder groot is.

Voor nieuwbouwprojecten kan het EPB-verslag echter een belangrijke rol spelen in de vereenvoudiging van deze berekeningen. Ook al zijn de gegevens binnen het EPB-dossier tijdens de start van de bouwwerken nog niet geverifieerd, ze bieden wel een zeer goede basis om berekeningen op woningniveau uit te voeren en zijn makkelijk terug te vinden of op te vragen. In afbeelding 1 vind je een voorbeeld van de gegevens die uit een EPB-verslag kunnen worden overgenomen. In de praktijk zal niet elke verslaggever al deze info in zijn rapport opnemen en zal je meer informatie moeten opvragen. Voor de bepaling van een warmtepomp bijvoorbeeld, is het niet nodig om de vermogens op ruimteniveau te kennen en kan deze methode het proces aanzienlijk vereenvoudigen. Vanuit deze optiek werd er door KCE een tool ontwikkeld voor een warmteverliesberekening op basis van EPB-gegevens. Deze kan je terugvinden op de website van KCE (kce.thomasmore.be), waarvan je een voorbeeld terugvindt in afbeelding 1.

Warmtepompselectie

Een correcte berekening van de warmtebelasting binnen een woning vormt een uitstekende basis voor een goede warmtepompselectie. In sommige gevallen kan het ook zinvol zijn om de warmtepomp te combineren met andere warmteopwekkers om de pieken van de warmtevraag op te vangen. Mogelijke combinaties zijn:

• Monovalent: de warmtepomp staat volledig in voor de verwarming.
• Mono-energetisch of monovalent met elektrische weerstand: dit geldt voor de meeste warmtepompen. Deze hebben immers vaak een elektrische weerstand als ondersteuning voor warm tapwater.
• Bivalent of hybride: warmtepomp in combinatie met een externe warmtebron op hout, gas of stookolie. Een hybridewarmtepomp duidt meestal op een combinatie van een warmtepomp met een condenserende gasketel.

Voor een warmtepomp wordt de verhouding tussen het geïnstalleerd vermogen en de theoretische warmtebelasting aangegeven door een bèta-factor. Deze is steeds lager of gelijk aan 1 (waarbij 1 = volledige dekking door de warmtepomp). Een volledige dekking is uiteraard de beste oplossing voor een optimaal rendement, maar ook met een lagere bèta-factor kan een warmtepomp een aanzienlijk verschil betekenen in het verbruik, zoals zichtbaar in afbeelding 2.

Uiteraard is het belangrijk om goed te weten wat de gevolgen zijn van een bepaalde bèta-factor, want bij een lage bèta‑factor gaat het rendement van de bijverwarming een grotere rol spelen in het totale installatierendement.
Om een juiste inschatting te maken van de gevolgen, kan er gekeken worden naar het jaarlijkse energieverbruik, de kosten en de CO₂-uitstoot van de installatie. Het is dan belangrijk om met de juiste gegevens te werken. Een handig hulpmiddel om snel de nodige gegevens van je warmtepomp op te halen is de ecodesign-productfiche, zoals getoond in afbeelding 3. Hier vindt men snel de nominale warmteafgifte terug bij de relevante ontwerptemperaturen en voor een gemiddeld klimaat. Deze gegevens kan men vervolgens gebruiken bij het bepalen van het rendement en verbruik. Hiervoor kan men uitgaan van de seizoensgebonden energie-efficiëntie van ruimteverwarming. Dit is het primaire rendement van het toestel, waarbij er voor elektriciteit uitgegaan wordt van een rendement van 40%. De SCOP kan zo bepaald worden door de efficiëntie (ηs) te delen door 40 (bijvoorbeeld: ηs=150% -> SCOP bij 55 °C=3,75).

Een aandachtspunt bij deze rekenmethode is dat de productfiche meestal bepaald wordt bij middelhoge temperatuur (aanvoertemperatuur 55 °C). Als er voor een warmtepomp een fiche bestaat met gegevens bepaald bij 55 °C, dan wordt er immers verondersteld dat dit geen lagetemperatuurwarmtepomp is. Om de SCOP te corrigeren voor een lagetemperatuurtoepassing zoals vloerverwarming en om rekening te houden met extra factoren zoals het rendement van het afgiftesysteem, wordt er gebruikgemaakt van correctiefactoren. De SCOP van 3,75 in bovenstaand voorbeeld kan op die manier stijgen naar circa 5,2 (bij afgiftesysteem 35/30 °C, geen buffervat en energiezuinige pompen).

Voor deze berekeningen kan men gebruikmaken van de dimensioneringstool voor een warmtepomp op de website van KCE. Hier wordt er een inschatting gemaakt van het rendement, verbruik, de kosten en CO₂-uitstoot op basis van enkele eenvoudige parameters en wordt er een vergelijking gemaakt met een installatie op gas of stookolie. Via deze tool krijgt de gebruiker bij het dimensioneren van een installatie een mooi overzicht van de verschillende mogelijkheden, om zo de beste keuze te kunnen maken voor de klant.