Problemen in circulerende warmtapwatersystemen. Veel circulerende warmtapwatersystemen functioneren anders dan de ontwerper of gebruiker wenst. Te lage watertemperaturen met het daarbij behorende risico op bacteriegroei tracht men op te lossen door het plaatsen van grotere pompen, thermosstatische inregelafsluiters of het verhogen van de watertemperatuur zonder dat het gewenste resultaat wordt bereikt. In dit artikel wordt ingegaan op de oorzaken en de effecten van een aantal mogelijke maatregelen. Als voorbeeld wordt een eenvoudig gecirculeerd warmwaternet met 3 deelringen gebruikt. De aanvoer temperatuur is 65°C en, ondanks een retourtemperatuur van 60°C bij de boiler, wordt aan het eind van het net een watertemperatuur van 55 °C gemeten bij een omgevingstemperatuur van 20°C. Beschreven wordt welke acties mogelijk zijn met de te verwachten effecten.
Figuur 1 voorbeeld installatie
Thermometers. Allereerst moet worden onderzocht wat de werkelijk temperatuur is. Veel gebruikte thermometers met een schaal van 0 -100 °C zijn klasse 1,6. De thermometers mogen dan maximaal 1,6 % van de eindwaarde afwijken. In dit geval mag de afgelezen waarde van 55°C liggen tussen 53,4 en 56,6 °C. Overigens zijn veel thermometers die op thermosstatische inregelventielen zijn gemonteerd klasse 2 en deze mogen dus een afwijking van 2 % van de eindschaal geven. Na ijken van de thermometers blijkt de temperatuur inderdaad 55 °C te zijn. Er stroomt dus te weinig water door een deel van het net. De eerste oplossing die wordt voorgesteld is een grotere circulatiepomp.
Circulatiepompen De waterhoeveelheid in de laatste strang resulteert in een T 10 K. Om de gewenste T van 5K te halveren moet de waterhoeveelheid worden verdubbelt. ( P = qm * T* c, ½ T = 2 qm) De weerstand neemt dan kwadratisch toe. Maar het warmteverlies neemt ook toe omdat de gemiddelde watertemperatuur wordt verhoogd. De gemiddelde watertemperatuur was 60 °C en moet zijn 62,5 °C. Bij een omgevingstemperatuur van 20 °C moet de waterhoeveelheid ( 62,5°C -20°C / 60°C -20°C) = 1,063 toenemen. De weerstand neemt dan extra met 1,0632 toe. De opvoerdruk van de pomp moet dan in totaal ruim 4,5 maal groter worden. Meestal zijn pompen met een dergelijke opvoerhoogte niet verkrijgbaar en het vergroten van de circulatiepomp zonder berekening vooraf geeft zelden het gewenste resultaat. Ook neemt de benodigde pompenergie sterk toe. Onderstaande tabel, gebaseerd op een omgevingstemperatuur van 20 °C, geeft aan hoeveel groter de opvoerdruk van de pomp moet worden om de T terug te brengen naar 5K. T aanvoer retour 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Pompdruk verhoging om T op 5 K te brengen 1,00 1,47 2,06 2,75 3,57 4,52 5,60 6,84 8,24 9,81 11,56
Tabel 1 verhoging pompdruk / ΔT naar 5K.
Watertemperatuur verhogen. Een andere mogelijkheid is de watertemperatuur verhogen. Dit verhoogt het risico op verbranden, verhoogt het energieverlies, en kan aantasting van apparatuur en leidingmateriaal veroorzaken. Werkblad 4.4A, art. 9.2 geeft aan bij welke risico groepen er maatregelen moeten worden genomen om verbranding te voorkomen. Daarnaast is er voor alle installaties de aansprakelijkheid vanuit het burgerlijk wetboek. Ook kalkafzetting neemt sterk toe bij temperaturen boven de 68°C. In veel slecht geïsoleerde circulerende warmwaterinstallaties is het energie gebruik voor het op temperatuur houden van het net groter dan de energie die nodig is om het warmwaterverbruik te dekken. Bij het verhogen van de temperatuur zal dit verlies sterk toenemen. Een extra verlies van slechts 1 W betekend 31,536 MJ/a. Bij een opwekkingsrendement van 85 % bw is dit ca 1,05 m3 aardgas per jaar.
Isoleren. Een andere manier om de temperatuur in het net te verhogen is beter isoleren. Als het warmteverlies kleiner wordt is ook de circulerende waterhoeveelheid kleiner. In de praktijk is het warmteverlies veel groter dan mag worden verwacht op basis van de uitkomst van de berekeningen. Er is een eenvoudige proefopstelling gemaakt waarin op een praktische wijze het effect van isoleren is onderzocht. De afgegeven warme van de A label circulatiepomp (3 W opgenomen is niet meeberekend
Figuur 2 proefopstelling van 15 mm koperen buis. De circulatiepomp is geïsoleerd met een doos van PIR schuim.
Er is een vergelijking gemaakt tussen ongeïsoleerd, geïsoleerd met de goedkoopste handelskwaliteit met een dikte van 9 mm en met een professioneel isolatiemateriaal met een dikte van 18 mm. Het blijkt dat de kwaliteit van de isolatie en de zorgvuldigheid bij het aanbrengen een grote rol speelt. De in de praktijk gehanteerde getallen voor de warmteafgifte zijn erg laag in vergelijking met de gemeten waarden. Tabel 2 invloed van isolatie op de warmteafgifte
In veel berekeningen worden toeslagen gegeven om het effect van niet geïsoleerde vloerdoorgangen, verliezen door bevestigingen en niet geïsoleerde appendages etc. aan te geven. Met name bij goede isolatie (voldoende dikte isolatie en zorgvuldig aanbrengen) is het effect van niet geïsoleerde delen erg groot.
Inregelen. Bij het inregelen van een circulerend net moet de waterhoeveelheid zodanig zijn dat de temperatuur in het net voldoende hoog is. Daar het water in de relatief grote aanvoerleidingen al afkoelt zal de aanvoer temperatuur voor de strang aan het eind van het net steeds lager worden. De consequentie hiervan is dat de waterhoeveelheden per strang steeds groter worden om de gewenste eindtemperatuur te behalen.
In dit voorbeeld moet er door de laatste strang 4 x meer water worden gevoerd dan door de eerste strang. Alvorens te gaan inregelen moet er worden gecontroleerd of de diameter van de circulatieleiding van de verst afgelegen strang wel voldoende groot is. De controle moet plaatsvinden op buisweerstand en stroomsnelheid , dat laatste om erosie te voorkomen. In bestaande installaties is dikwijls de diameter van de laatste stran(gen) onvoldoende. Het inregelen van circulerende warmwaternetten geschied op basis van temperatuur. Door tappen uit het net zullen de waterhoeveelheden en daarmee ook de temperaturen in het net variëren. Temperaturen controleren en inregelen kan echter alleen als er niet wordt getapt. Daarom worden er steeds meer thermosstatische inregelafsluiters toegepast. Om een goede regelbaarheid te waarborgen hebben regelafsluiters altijd een minimale weerstand. Thermosstatische inregelafsluiters hebben echter een grotere weerstand dan standaard afsluiters. Deze weerstand moet worden meegenomen in de berekeningen en de selectie van de circulatiepomp.
100
∆P kPa
10
1
0,10
NW 15 Doorstroming in l/h Figuur 3 weerstand thermosstatische inregelafsluiter
Conclusie. Het onvoldoende circuleren in circulerende warmwaternetten kan vele oorzaken hebben. Het verbeteren van deze netten kan alleen plaatsvinden als de oorzaak van het falen bekend is. Hiervoor is een controle berekening, met vergelijkende metingen in het werk, het aangewezen middel. Hieruit blijkt welke maatregel of combinatie van maatregelen het meest effectief is. Mogelijke maatregelen zijn beter isoleren, diameters laatste circulatiestrangen vergroten en inregelen of thermosstatische inregelafsluiters plaatsen. Het vergroten van de circulatiepomp is in het algemeen niet zinvol.
Juli 2011
