Afvoerlucht als warmtebron Warmteterugwinning met lucht-water warmtepompen

Vaktechniek

Uittreksel van De Onderneming nr. 907 - Februari 2014

Afvoerlucht als warmtebron Warmteterugwinning met lucht-water warmtepompen Door Frank Hartmann

Hernieuwbare energie is ruimer dan alleen maar duurzame energiebronnen gebruiken. Het betekent ook de warmte benutten, die al in het gebouw voorhanden is. Warmtepomptechniek biedt hier vele mogelijkheden, zowel voor woningen als voor niet-woningen.

Met warmteterugwinning bedoelt men elke methode om warmte die uit andere processen ontstaat -in dit geval concreet de warmte in de afvoerlucht van een ventilatiesysteem- nuttig te gebruiken in het gebouw. Bij woningsventilatie bestaat de mogelijkheid om met de warmte uit de afvoerlucht de verse lucht op te warmen in de centrale unit. Dat is echter niet de enige optie.

Warmteterugwinning De afvoerlucht van de ventilatie bevat nog heel wat warmte die nuttig gebruikt kan worden. Er is dus geen reden om niet voor mechanische luchtafvoerinstallatie te kiezen, alleen maar omdat er geen mogelijkheid is om een klassieke balansventilatie met warmteterugwinning te plaatsen. Het is evenmin aan te raden om de restwarmte gewoon met de afvoerventilator uit de woning te blazen. Men moet flexibel denken over warmteterugwinning: de balansventilatieunit met warmtewisselaar is lang niet de enige mogelijkheid. Bij afvoersystemen met kanalen kan men de warmte uit de afvoerlucht nog gebruiken om de warmtebehoefte van de woning te dekken. In de bouwbiologische installatietechniek wordt de afvoerlucht als een interessante warmtebron gezien, die systematisch benut moet worden. Dit kan het eenvoudigst gebeuren door middel van een warmtepomp die op twee manieren de warmtebehoefte van de woning kan dekken : • SWW productie • comforttemperatuur van de woonruimtes verzekeren In beide gevallen is een lucht-water warmtepomp vereist, met de afvoerlucht als warmtebron. De combinatie van een afvoerventilator en een warmtepomp van laag vermogen voor SWW productie is de meest voor de hand liggende methode. Hier moet echter geval per geval worden nagegaan of er voldoende luchtdebiet gegarandeerd is. Anders wordt er bijkomende koude buitenlucht binnengezogen om een voldoende luchtaanvoer voor de warmtepomp te garanderen.

14

de onderneming 907 februari 2014


Vaktechniek

SWW met warmtepompboiler 1 Ventilator 2 Compressor 3 Verdamper 4 Ontspanningsventiel 5 Condensor 6 Boiler 7 Vertrek SWW 8 Toevoer drinkwater 9 Elektrische bijverwarming 10 Beschermingsanode 11 Veiligheidsgroep

Figuur 1. De onderdelen van een warmtepompboiler. (bron: www.solargrafik.de)

In de praktijk lopen de werkingsprofielen van warmtepomp en ventilatie echter grotendeels parallel. Als er in de natte ruimtes bijvoorbeeld een verhoogde ventilatievraag is door baden of douchen, dan is er tegelijk ook een verhoogde warmtevraag van de warmtepompboiler, om de SWW-voorraad weer op temperatuur te brengen.

Het thermisch proces van een warmtepomp Een warmtepomp maakt steeds gebruik van een warmtebron aan een lagere temperatuur (bijvoorbeeld de afvoerlucht aan ongeveer 20°C) en comprimeert deze hoeveelheid warmte tot een hoger temperatuurniveau, in functie van de toepassing. Hoe lager daarbij het verschil is tussen brontemperatuur en doeltemperatuur (SWW of kamertemperatuur), hoe efficiënter het proces verloopt. Het rendement wordt uitgedrukt in de zogenaamde prestatiecoëfficiënt (COP). Dat geeft de verhouding aan tussen de opgenomen elektrische energie en de thermische energie die aan het verwarmingsysteem wordt afgegeven. Een warmtepomp op de afvoerlucht haalt met gemak een COP van 3. Dat wil zeggen dat men 3 kW aan thermische energie kan opwekken met 1 kW aan elektrische energie. Bij directe elektrische verwarming is dat getal noodzakelijkerwijze maximaal 1. Als het jaarrendement (de verhouding tussen gemeten opgenomen elektrisch vermogen en het gemeten afgegeven thermisch vermogen) de COP zo dicht mogelijk wil benaderen, dan moet er een warmtebron voorhanden zijn van voldoende omvang en een een voldoende hoge temperatuur. Die parameter bepaalt de toepassingsgrenzen van een warmtepomp op de afvoerlucht. Voor SWW productie volstaat het debiet van de ventilatie-afvoer doorgaans, maar voor de verwarming van de woonruimtes moet er een bijkomende hoeveelheid (koudere) buitenlucht worden aangezogen. Daarom kan men een warmtepomp op ventilatielucht in verwarming alleen maar gebruikt worden in zeer efficiënte lage-energiewoningen met een lagetemperatuurverwarming van maximaal 35°C. De ventilator moet ook onafhankelijk van de warmtepomp kunnen werken; de prioriteit van de regeling moet naar de ventilatie gaan. De afvoerlucht wordt dan zonder warmteterugwinning buiten geblazen. de onderneming 907 februari 2014

15

Vaktechniek


Figuur 2. Warmtepompboiler met luchtkanaalaansluiting. (bron: www.solargrafik.de)

Integratie van een warmtepompboiler De eenvoudigste en goedkoopste manier om een warmtepomp te combineren met een ventilatiesysteem is een warmtepompboiler. Dit type toestel combineert een boiler van 100 tot 300 liter met een warmtepomp en een luchtkanaalaansluiting. Een andere mogelijkheid is om de lucht uit de opstellingsruimte aan te zuigen. Als de warmtepompboiler zich bijvoorbeeld in de stookplaats bevindt, dan kan het rendement van de totale installatie stijgen, doordat de warmtepomp de warmteverliezen van de ketel benut. Dat laatste heeft natuurlijk niets te maken met een eventuele integratie in het ventilatiesysteem. Voor kleinere woningen zijn er warmtepompboilers die qua vorm en omvang nauwelijks te onderscheiden zijn van een traditionele elektroboiler. Ze verbruiken echter veel minder, dankzij de synergie met de woningventilatie. Het afvoerdebiet is meestal beperkt tot ongeveer 80 m3/h, wat echter moet volstaan voor een klein appartement. Dit type toestel is vooral interessant voor renovatie, als er bijvoorbeeld nieuwe ramen geplaatst worden en de verbeterde isolatie en luchtdichtheid de plaatsing van een ventilatiesysteem noodzakelijk maken. Als bijverwarming en/of legionellabestrijding zijn dergelijke toestellen voorzien van een elektrische weerstand. Die mag uiteraard alleen maar ingeschakeld worden als het werkelijk niet anders kan. Bij de meeste fabrikanten is deze functie dan ook voorzien van een manuele schakelaar. Indien nodig kan de gebruiker de directe verwarming dan manueel aanzetten. Een thermostaat schakelt dan de verwarming automatisch weer uit als de insteltemperatuur bereikt is. De warmtepompwerking heeft altijd voorrang. De sanitaire aansluiting van een warmtepompboiler is te vergelijken met die van een gewone elektroboiler. Als er een spiraalwarmtewisselaar onderin de kuip voorhanden is, kan men het toestel combineren met zonnecollectoren. In de zomer kan men dan overschakelen op de zonnecollectoren, waarbij de warmtepomp desnoods voor bijverwarming kan zorgen. In principe wordt de warmtepomp echter uitgeschakeld en vindt er geen warmteterugwinning op de uitblaaslucht plaats. Als er warmte onttrokken wordt uit de afvoerlucht, kan er condensatie optreden, die via een opvangbak wordt afgevoerd. Men moet dus een aansluiting op de binnenriolering aanbrengen

16


Vaktechniek


SWW Warmtepomp

Regeling

Drinkwater Buffervat

Figuur 3: Split warmtepomp met circuit voor buffervat. (bron: www.solargrafik.de)

voor de condensafvoer, of tenminste een voldoende grote opvangbak voorzien, indien het eerste niet mogelijk is. De meest voor de hand liggende oplossing is om de condensafvoer aan te sluiten op de sifon voor de veiligheidsgroep. Een hygiënisch nadeel bij de warmtepompboiler is wel dat er een vrij groot volume water op temperatuur wordt gehouden.

Integratie van een split warmtepomp Om een doorstroomsysteem van SWW mogelijk te maken in combinatie met een buffervat, kan men voor een split warmtepomp kiezen. Dat type warmtepomp heeft geen boiler, maar wel een vertrek- en retouraansluiting voor verwarmingswater, en een condensafvoer. Daardoor is het toestel zeer compact, waardoor er vele plaatsingsmogelijkheden bestaan. De warmtepomp wordt aangesloten op een buffervat met verwarmingswater. Het circuit van het buffervat omvat verder een circulator, temperatuuraanduidingen, afsluitkranen, en een systeem voor vulling, spoeling en lediging.

Ruimtekoeling en SWW-productie Naast aansluiting op een ventilatiesysteem, kan men als andere mogelijkheid de binnenlucht als warmtebron gebruiken. Daardoor zal de binnentemperatuur dalen, wat bijvoorbeeld handig kan zijn als men voeding wil bewaren.

Praktisch voorbeeld: koeling van een wijnvoorraad In een wijnkelder werd een split lucht-water warmtepomp geplaatst. Zodra de temperatuur van de kelder boven 15°C uitsteeg, sprong het toestel aan. De warmtepomp leverde dan de warmte voor SWW-productie en zorgde in de winter ook voor de verwarming van de woning van de wijnbouwer. Om een voldoende koelwerking te waarborgen, was er een vrij groot buffervat nodig, en natuurlijk ook een overeenkomstige behoefte aan warm water. In het wijnbedrijf was dat geen probleem, omdat daar alleen al voor de schoonmaak 100 liter warm water per dag verbruikt werd. Het gezin van de wijnbouwer telde bovendien vijf personen, met een normaal SWW verbruik. In de winter kon de behoefte rechtstreeks gedekt worden. In de zomer werd er gebruik gemaakt van een buffervat van 1000 liter. de onderneming 907 februari 2014

17

Vaktechniek


Figuur 4. Split warmtepomp voor de koeling van een wijnvoorraad, en productie van SWW. (bron: Forum Wohnenergie)

Ontvochtiging van de kelderlucht met SWW productie Een warmtepomp kan ook warmte produceren door warmte aan de binnenlucht te onttrekken om die te ontvochtigen. In oude gebouwen met vochtige kelders kan dit een interessante oplossing zijn.

Praktisch voorbeeld: onvochtiging van een oude gewelfde kelder In een gewelfde kelder in een oud gebouw waren er problemen, omdat er vocht vanuit de ondergrond via het zandstenen gewelf binnendrong. De problemen hadden dus een natuurlijke oorsprong en waren niet het resultaat van een fout in het bouwproces, zoals bijvoorbeeld een gebrekkige waterdichting. Dat is een belangrijk onderscheid: installatietechniek heeft niet tot doel om de fouten op andere vlakken te compenseren. Men moet dus altijd eerst goed nagaan hoe groot de vochtproblemen zijn, en waar ze vandaan komen. Heeft de vochttoevoer een natuurlijke oorsprong, en is de omvang ervan beheersbaar, dan kan een kleine warmtepomp een zinvolle oplossing zijn. Het vocht wordt gecontroleerd afgevoerd en dient als warmtebron voor het gebouw. In dit precieze geval werd niet alleen de SWW-productie van de woning in kwestie verzorgd, maar werd er ook een convector in de kelder geïnstalleerd om de temperatuur op peil te houden.

Compacte ventilatie-warmtepomp Er bestaan ook volledig geïntegreerde uitvoeringen van warmtepompen die op de ventilatiekanalen kunnen worden aangesloten. Ze zijn voorzien van een boiler, maar kunnen in sommige omstandigheden ook voor de verwarming van de woning instaan. Het verwarmingsvermogen van dergelijke warmtepompen is, zoals gezegd, beperkt, en volstaat hooguit voor een passiefhuis of lage-energiewoning met een lage-temperatuurverwarming aan een regime van

18



Vaktechniek

maximaal 35°C. Men moet niet alleen letten op de luchtdebieten, maar ook op de waterdebieten. Stralingsystemen of betonkernactivering zijn in dit geval de beste afgiftesystemen. Als men geen rekening houdt met deze elementen, leidt dat tot slechte rendementen en een onverwacht hoge stroomrekening. Aan de natuurwetten kan men nu eenmaal niet ontsnappen. Realistisch gezien, beschikt men over een verwarmingsvermogen van nominaal 2,5 tot 3 kW. Voor een mono-energetisch gebruik, kan men een elektrische weerstand integreren.

Conclusie Warmteterugwinning uit ventilatiesystemen is niet alleen mogelijk door middel van lucht-lucht warmtewisselaars in het kader van balansventilatie, het kan ook zeer efficiënt met een luchtwater warmtepomp. Het toestel is gemakkelijk in het verwarmingsysteem van de woning te integreren, ook al omdat vochtafvoer en warmwatergebruik in natte ruimtes meestal tegelijk optreden.

Figuur 5. Warmtepompboiler met kanaalaansluiting voor de koeling van de naastliggende ruimte. (bron: Forum Wohnenergie)

■

HQȴWWLQJVLQ3ROLSURSS\OHHQ %XL]HQHQȴWWLQJVLQ3ROLSURS\OHHQ %XL]HQ vvoor oor H Hydro ydro ssanitaire anitaire enn KKlimatisatie limatisatie installaties installaties 3300 jjaar aar eervaring rrvaring tter er EHVFKLNNLQJ 88ZHEHVFKLNNLQJ 8ZH

(OHNWURRȴWWLQJVLQ3(+' (OHNWURȴWWLQJVLQ3(+' vvoor oor water water en en gas gas toevoer toevoer

NUPIGECO BENELUX

Kommenstraat 20 Rue des Bassins - BRUSSEL 1070 BRUXELLES

p/a bsc N.V V.

Tel. (02) 5201676 - Fax (02) 5201978 - e-mail: [email protected]

INFO 293


19

Afvoerlucht als warmtebron Warmteterugwinning met lucht-water warmtepompen

Recommend Documents