warmtepompen
Ing. M. Karels, ir. G.H. ten Bolscher
Communicatie met gebruiker essentieel
Evaluatie en monitoring warmtepompboilerproject
In het kader van een grootschalige renovatie hebben honderden woningen een warmtepompboiler gekregen om aan zowel de energiedoelstelling als aan de comfortdoelstelling voldoen. Na realisatie zijn de warmtepompboilers in drie woningen gedurende een jaar lang intensief gemonitord en geëvalueerd. Dit leverde interessante aandachtspunten op waar de installatiewereld z’n voordeel mee kan doen.
In een grootschalig renovatieproject van een woningbouwvereniging zijn honderden woningen voorzien van een warmtepompboiler. De gehele woonwijk bestaat uit rijtjeswoningen uit de jaren zestig. De woningen waren voorzien van een vr-ketel en een badgeiser, maar beschikten niet over een mechanisch ventilatiesysteem. In het kader van strategisch voorraadbeheer zijn de woningen ingrijpend gerenoveerd. Zo is onder andere mechanische afzuiging aangebracht, een nieuwe hr-ketel geplaatst en zijn de daken vernieuwd. In alle woningen is op de zolder een warmtepompboiler geplaatst om het energiegebruik als gevolg van het ventilatiesysteem te reduceren De warmtepompboiler heeft een boilervat van circa 300 l. Een warmtepomp met een vermogen van 400 W, een elektrisch bijstookelement van 1500 W en een ventilator met een elektrische vermogen van 75 W.
PRAKTISCHE
EN THEORETISCHE
SPF
In opdracht van Senter Novem zijn drie installaties gedurende een jaar geëvalueerd. Dit is uitgevoerd door DWA die geen betrokkenheid in het voortraject heeft gehad. In juni 2004 zijn de warmtepompboilers in drie willekeurige woningen (twee twee-persoonshuishouden en één vier-persoonshuishouden) voorzien van opnemers om het energetisch gedrag gedetailleerd in kaart te kunnen brengen. Voor de gehele monitoring is uitgegaan van de SOM-WP, het door SenterNovem gehanteerde standaardmonitoringprotocol voor de praktijkmonitoring van warmtepompboilers. In afbeelding 2 is een visualisatie gegeven van de plaats van de diverse opnemers. Door een datalogger zijn in de periode van 1 juli 2004 tot en met 30 juni 2005 (volledige meetperiode van één jaar) de 10-minutengegevens van de verschillende meetpunten uitgelezen en opgeslagen. De overdracht van gegevens is via een gsm-modem verzorgd om de bewoners zo min mogelijk te belasten. Door de monitoring kwamen bewoners met diverse vragen over de praktische aspecten van het gebruik van een warmtepompboilers, ondanks dat de woningcorporatie veel aandacht heeft geschonken aan communicatie en voorlichting.
206
maart 2006
vv+
Verder klaagden diverse bewoners over een hoog elektriciteitsgebruik ten opzichte van de situatie voor de renovatie. De bevindingen zijn op basis van de meetgegevens onderzocht. In afbeelding 3 is het verband te zien tussen de SPF (seasonal performance factor) in theorie en de SPF in praktijk. Deze grafiek laat zien dat het elektriciteitsgebruik in de praktijk hoger is dan op basis van de beschikbare gegevens berekend is. Naar aanleiding van dit verschil is na enkele maanden monitoring nader onderzoek gedaan naar de oorzaak van het lage rendement van de warmtepompboiler. Samen met de leverancier van de warmtepompboiler zijn vervolgens woningopnames gedaan. Hieruit is onder andere duidelijk geworden dat de boiler een hoog tapwaterdebiet had met als gevolg een hoge warmtapwatervraag. Verder bleken de instellingen van de warmtepompboilers per woning uiteen te lopen. De warmtepomp schakelde hierdoor verscheidene keren per dag aan en uit, waardoor het energetisch rendement van de warmtepomp negatief werd beïnvloed, zeker in combinatie met het voor bepaalde gezinssamenstelling (te) grote buffervat. Overigens is dit een bewuste keuze geweest van de woningcorporatie met het oog op de diversiteit in huurders. Het ’s nachts inschakelen van de warmtepompboiler werd door de bewoners als hinderlijk ervaren (geluidsoverlast). Het simpelweg plaatsen van een doorstoombegrenzer en het slimmer regelen van het schakelgedrag van de warmtepompboiler heeft ervoor gezorgd dat de prestaties van de warmtepompboiler met gemiddeld tien procent zijn toegenomen (afbeelding 4). Doordat de bewoners alleen maar gebruik maken van enkeltarief (bewuste keus woningcorporatie) is de warmtepompboiler ingeschakeld op dagbedrijf. Hierdoor is de soms hinderlijke, nachtelijke geluidsoverlast verdwenen.
CONSEQUENTIES ‘THEORETISCHE’ COP Uit de monitoringresultaten wordt duidelijk dat de warmtepomp in praktijk niet de COP haalt, zoals door de fabrikant in de technische specificaties wordt afgegeven. Vaak komt dit
Projectkarakteristieken algemeen aantal woningen: bouwjaar: typologie woningen: eigenaar: warmtebron: warmtepomptoepassing:
> 100 na 1960 grondgebonden rijtjeswoningen woningcorporatie afgezogen ventilatielucht warmtepompboiler
kenmerken • grootschalig renovatieproject • de woningen zijn voorzien van mechanische afzuiging • bewoners gaan er in tapwaterklasse op vooruit omdat de boiler een grotere doorstroomsnelheid realiseert • door de toepassing van een warmtepompboiler wordt de huurverhoging voor de bewoners gecompenseerd door de lagere energierekening
1.Karakteristiek warmtepompboilerproject.
2. Lokatie van de opnemers voor de monitoring.
omdat de COP is bepaald bij geconditioneerde toestanden die blijkbaar (fors) afwijken van de praktijkomstandigheden. Dat is een belangrijk aspect voor ontwerpers en woningcorporaties of gebruikers die een investeringsbeslissing nemen op basis van deze ‘theoretische’ COP. Duidelijke afspraken maken over onderhoud, instellingen en randvoorwaarden om de warmtepompboiler te plaatsen, is daarnaast een aandachtspunt bij dergelijke projecten. Vaak wordt de warmtepompboiler toegepast uit het oogpunt van energie-efficiëntie (en dus lagere energiekosten), terwijl met een hoog doorstoomdebiet van de boiler alleen maar een hoger tapwatercomfort wordt gerealiseerd. Hierdoor valt de energierekening (fors) hoger uit dan vooraf is berekend.
‘LESSONS
LEARNT’
De resultaten van de monitoring en de doorgevoerde optimalisaties zijn geëvalueerd met de leverancier, het installatiebedrijf dat de systemen heeft geplaatst en de woningcorporatie. Deze evaluatie heeft geresulteerd in diverse aan-
dachtspunten die gelden voor in het bijzonder projecten met warmtepompboilers en meer in het algemeen voor projecten met warmtepompen. Deze ‘lessons learnt’ zijn gegroepeerd rond drie thema’s, installatietechniek, bouwkundige aspecten en communicatie.
1. INSTALLATIETECHNIEK (OPWEKKING, DISTRIBUTIE
EN AFGIFTE)
Volume buffervat warmtepompboiler Het buffervolume van de warmtepompboiler moet zijn afgestemd op het gebruikerspatroon. Dit gebruikerspatroon is afhankelijk van de tapwaterklasse die wordt gewenst en de gezinssamenstelling. Als het buffervolume te groot is en een standaardregeling wordt gebruikt, zal de COP van de warmtepomp afnemen door pendelgedrag. In afbeelding 5 is de relatie weergegeven tussen de warmtevraag en het elektriciteitsgebruik van de compressor. De meetpunten van A, B en C hebben te maken met de drie verschillende woningen die zijn gemonitord. maart vv+
2006
207
Aandachtspunten • Het warmtetechnisch rendement van de warmtepompboiler wordt voor een belangrijk deel bepaald door de warmtevraag. • Als de warmtevraag te klein is ten opzichte van de ontwerpcondities, zal de door de fabrikant afgegeven COP logischerwijs nooit worden behaald.
3. Vergelijking werkelijke en theoretische SPF op basis van de technische documentatie van de wp-boiler.
Pendelgedrag warmtepomp Pendelgedrag van de warmtepomp wordt vaak veroorzaakt door een verkeerde warmtepompselectie (of door een verkeerd ontworpen of ingeregelde installatie). Het vermogen van de warmtepomp is dan te groot voor de warmtevraag. Hierdoor zal de warmtepomp steeds meer een korte tijd in bedrijf zijn. Aandachtspunt • In het geval van een warmtepompboiler is het van belang de regeling dusdanig in te stellen dat de warmtepomp pas in bedrijf komt als tapwatertemperatuur een zo laag mogelijke temperatuur heeft bereikt (compromis tussen energetische optimalisatie, voldoen aan de legionellacode en voldoende comfort leveren). Belangrijker is echter om bij het ontwerp en de selectie van een warmtepompboiler al op voorhand rekening te houden met de toekomstige warmtevraag (zie ook vorige aandachtspunten).
4. Wekelijkse warmte-levering en bijbehorende elektragebruik van de wp-boiler.
5. Effect van de toegepaste optimaliseringmaatregelen op de COP van de warmtepompboilers.
208
maart 2006
vv+
Dubbeltarief of enkeltarief? Wanneer de boiler van de warmtepompboiler voldoende volume heeft, is het aan te bevelen de warmtepomp ’s nachts warmte te laten produceren als het huishouden gebruikmaakt van dubbeltarief. Hierbij wordt slim gebruik gemaakt van de bufferende werking van de boiler in combinatie met het lagere elektriciteitstarief. Aandachtspunten • Als de elektrische energievraag van de warmtepompboiler (gemiddeld 900 kWh op jaarbasis) meer dan dertig procent van de totale elektriciteitsvraag bepaalt, wordt aangeraden een dubbele meter te laten installeren en de warmtepompboiler vooral ’s nachts warm water te laten produceren. • Een nadeel van het ’s nachts verwarmen van tapwater is de geluidproductie van de warmtepomp. Als de warmtepomp niet in een geluiddichte ruimte staat of niet trillingsvrij is opgesteld, moet dit als een belangrijk criterium
bij de keuze voor de overstap naar dubbeltarief worden meegenomen. Plaats van de afzuigroosters De plaats van de afzuigpunten van het ventilatiesysteem heeft invloed op het rendement van de warmtepompboiler. Afzuigpunten moeten zoveel mogelijk warme ventilatielucht aanzuigen. Als een afzuigpunt in een badkamer is aangebracht, wordt vaak door een geopend raam direct koude lucht aangezogen. Het rendement van de warmtepomp gaat hierdoor in koude perioden fors achteruit. Aandachtspunt • Het is van belang, om een warmtepompboiler optimaal te benutten, dat de aangezogen ventilatielucht zo warm mogelijk is. Zorg ervoor dat zo min mogelijk koude (buiten)lucht wordt aangezogen. Geluid Mechanische afzuiging veroorzaakt geluid. Of dit acceptabel is of als overlast wordt ervaren, is afhankelijk van de ventilator, de vorm van de kanalen en de uitvoering van het kanaalwerk. Aandachtspunten • Werk de ventilatiekanalen zo veel mogelijk geluiddicht weg achter panelen. • Het is van belang de ventilatiekanalen zo eenvoudig mogelijk uit te voeren. • Bezuinig nooit op maatregelen die geluidoverlast verminderen (isolatie, appendages en doorsnede kanalen). Geluid warmtepompboiler De geluidproductie van de warmtepompboiler is afhankelijk van het type warmtepomp, de ventilator en de opstelplaats. Er zijn voorbeelden dat onderdelen van de warmtepomp in de unit resoneerden en zo veel onnodig geluid veroorzaakten. Ook de geluiddichtheid en de locatie van de opstelplaats zijn van groot belang om geluidoverlast te voorkomen. Aandachtspunten • Stel de warmtepompboiler altijd trillingsvrij op (aandacht aan schenken en niet op bezuinigen). • Stel de warmtepompboiler, indien mogelijk, op in een akoestisch goed geïsoleerde ruimte. • Plaats de warmtepompboiler op zo groot mogelijke afstand van slaapvertrekken (en de woonkamer).
2. BOUWKUNDIGE ASPECTEN (GELUID, GEBOUWSCHIL EN INPASSING) Koudeval bij natuurlijke toevoer Voor ventilatiesystemen met toevoer via de gevel (al dan niet met vraaggestuurde ventilatie) is het belangrijk rekening te houden met de plaats van de luchttoevoerroosters ten opzichte van de verblijfsgebieden (vooral die gedeelten van de woonkamer waar de bewoner waarschijnlijk een zithoek zal maken of de eetkamertafel plaatsen). Vooral bij lagere buitentemperaturen kunnen namelijk tochtklachten ontstaan door het binnentreden van de koude ventilatielucht. Dit is een aandachtspunt in goed geïsoleerde woningen, omdat in dergelijke woningen de stookgrens lager ligt vanwege de goede isolatie en interne warmtebronnen. Hierdoor wordt de verwarmingsfunctie eerder uitgeschakeld. Het gevolg is dat in het voor-, winter- en naseizoen de verse luchttoevoer via de gevel meer wordt opgemerkt (vooral als de bewoners stilzitten) en daardoor aanleiding kan geven tot tochthinder. Bewoners gaan dan of klagen of sluiten de roosters, wat niet wenselijk is met het oog op de luchtkwaliteit in de woonkamer en de ventilatiebalans in de woning (bij een warmtepompboiler kan dit ook weer gevolgen hebben voor het rendement van de warmtepomp). Aandachtspunten • Het is aan te bevelen de afstand tussen de toevoerroosters en de zitplaatsen zo groot mogelijk te maken, niet onder de 1,8 m vanaf de vloer te plaatsen (eis Bouwbesluit) en de luchtsnelheid van de intredende lucht zo laag mogelijk te houden. • In het geval dat voor ventilatiesystem C (natuurlijke toevoer en mechanische afvoer) wordt gekozen, is het aan te raden de leverancier van de roosters te informeren over het verwarmingssysteem en hem te laten adviseren over het toe te passen roostertype, plaats, afmetingen et cetera. Dit advies zou niet vrijblijvend moeten zijn, zodat in geval van tochtklachten de leverancier daarop kan worden aangesproken en hij verantwoordelijk is voor een oplossing. Opstellingsruimte Zowel bij renovatie als nieuwbouw moet nadrukkelijk rekening worden gehouden met de benodigde opstellingsruimte voor de warmtepompboiler. Aandachtspunt Door de architect wordt vaak weinig rekening gehouden met het ruimtebeslag en de geluidsproductie van de warmmaart vv+
2006
209
tepomp. In de ontwerpfase moet de architect hier goed over worden geïnformeerd. De ruimte moet: • constructief geschikt zijn (houd rekening met de vloerbelasting bij een gevuld boilervat); • voldoende groot zijn (geen ‘schoenlepel’ nodig om de boiler te plaatsen); • gemakkelijk bereikbaar zijn (voor onderhoud en service); • zodanig gelokaliseerd zijn dat systeemonderdelen, zoals de ventilatiekanalen gemakkelijk aan te sluiten zijn; • akoestisch geschikt zijn (zie aandachtspunt geluidoverlast); • goed toegankelijk zijn om de warmtepomp te plaatsen cq. te vervangen; de doorgang moet hiervoor voldoende groot worden uitgevoerd.
3. COMMUNICATIE (INTERN EN EXTERN) Communicatie binnen de projectgroep Het is van belang de doelstellingen, vooral voor energiebesparing, duidelijk en onderbouwd te kwantificeren onder andere aan de hand van het opgestelde Programma van Eisen (om te hoge verwachtingen over bijvoorbeeld reductie van de energiekosten te voorkomen). Als zaken onvoldoende besproken en vastgelegd zijn, komen klachten bijna altijd terecht bij de installateur of installatieadviseur. Onderstaande aandachtspunten zijn daarom bedoeld teleurstellingen te voorkomen en ervoor te zorgen dat bij eventuele klachten altijd duidelijk is welke afspraken zijn gemaakt. Aandachtspunten • Formuleer als projectgroep, in gezamenlijk overleg, de doelstellingen van het project. Documenteer deze ook zorgvuldig. • De keuze voor toepassing van de warmtepomp moet goed beargumenteerd plaatshebben. Documenteer de argumenten zorgvuldig. • Kwantificeer of omschrijf doelstellingen met betrekking tot energiebesparing, comfortverhoging of duurzaamheid. • Stel een document op waarin berekeningsuitgangspunten zijn opgenomen. Alleen op deze uitgangspunten moeten berekeningen worden uitgevoerd. De berekeningsuitgangspunten moeten voor de volgende parameters worden gekwantificeerd: rendement gasketel ruimteverwarming, rendement gasketel tapwaterverwarming, COP, integrale kostprijs m3 gas (levering, netwerk, belasting) en integrale kostprijs kWh elektra (levering, netwerk, belasting).
• Verder moet worden aangegeven op basis waarvan berekeningen worden gedaan. Of op basis van bovenwaarde van gas (sommige bedrijven rekenen vaak met onderwaarde zodat het rendement ‘beter oogt’), of op basis van COP of SPF van de warmtepomp (bij de COP wordt het elektrisch energiegebruik van pompen, ventilatoren en het bijstookelement niet meegerekend) of de energiebesparing wordt berekend op basis van een referentiewoning. Deze referentiewoning moet beschreven zijn. Informatieoverdracht Met de projectgroep moet worden nagedacht over de public relations. Door bekendheid te geven aan het project worden zakelijke relaties uitgebreid en is het sneller mogelijk gebruik te maken van subsidies enzovoorts. Aandachtspunten • Door veel bekendheid te geven aan het project is het mogelijk meer draagvlak voor het project te verkrijgen. Verder verbetert het de verkoop van woningen. • Inventariseer tijdig welke subsidiemogelijkheden er eventueel zijn en welke eisen gelden voor de beschikbare regelingen (leg deze eisen vast, communiceer deze richting alle leden van de projectgroep en bewaak of aan deze eisen wordt voldaan). Kennisoverdracht naar toekomstige gebruikers Kennisoverdracht naar de toekomstige gebruikers is van cruciaal belang voor de acceptatie van een relatief nieuw systeem. Aandachtspunten • Over de volgende zaken moeten de toekomstige bewoners, afhankelijk van het soort systeem, minimaal worden ingelicht. Wat is een warmtepomp, praktische consequenties gebruik warmtepomp, wooncomfort, geluid, energiegebruik, tapwatercomfort, onderhoud, bediening warmtepompboiler, wat te doen bij storingen, gas-, elektra- en warmtetarieven, aanspreekpunt bij vragen, storingen enzovoorts. • De informatieoverdracht kan via informatiebrochure, inloopavonden of een goede gebruikershandleiding (een must!).
Auteurs Ing. M. Karels en ir. G. H. ten Bolscher, DWA installatie- en energieadvies vestiging Rijssen
maart vv+
2006
211
