De belangrijke rol van radiatoren in een warmtepompsysteem

Compleet warmtepompsysteem

Om een warmtepompsysteem efficiënt te laten werken, moeten alle componenten volledig op elkaar zijn afgestemd, net als alle andere systemen. Alleen dan kan het systeem zijn volledige potentieel bereiken en een optimale efficiëntie garanderen. Daarom is een zorgvuldige planning en zorgvuldig ontwerp van het complete warmtepompsysteem, inclusief warmtebron, warmtepomp, warmtedistributie en verwarmingselementen, van cruciaal belang.

Meer in detail gaat het om het bepalen van de warmtebelasting van het gebouw en individuele ruimtes, het selecteren van geschikte hydronische componenten, het controleren van het ontwerp van de bestaande verwarmingselementen en, indien nodig, het vervangen van te kleine of ongeschikte verwarmingselementen of het toevoegen van extra verwarmingsoppervlakken. Bovendien moet het bestaande leidingsysteem worden gespoeld, moeten de fittingen en kleppen worden gecontroleerd en mogelijk worden vervangen en moet het verwarmingssysteem hydraulisch worden ingeregeld.

Verhoogde efficiëntie

Wanneer alle componenten op de warmtepomp en het gebouw zijn afgestemd, neemt het rendement van een warmtepompsysteem automatisch toe. Bij het zoeken naar manieren om dat rendement verder te optimaliseren, wordt duidelijk hoe belangrijk radiatoren in het systeem zijn.

Een eerste manier om het rendement van een warmtepomp te verhogen, is door de systeemtemperaturen verder te verlagen van 55/45 °C naar 35/25 °C. Dit kan leiden tot een energiebesparing van ongeveer 25%^(1). Lagere systeemtemperaturen verbeteren de SCOP-waarde (Seizoensgebonden Prestatiecoëfficiënt) van de warmtepomp, d.w.z. de jaarlijkse prestatiefactor binnen verschillende bedrijfstoestanden, die worden gewogen volgens klimaatzones. Hoe hoger de SCOP, hoe lager het energieverbruik. Dat is logisch, want hoe kleiner het temperatuurverschil tussen de warmtebron (lucht-, water- of geothermische warmte) en het warmteoverdrachtsmedium (bv. een radiator), hoe zuiniger een warmtepomp werkt.

Ten tweede is een hydraulische inregeling van het verwarmingssysteem belangrijk voor een hoger rendement. Alle radiatoren in het systeem moeten hydraulisch worden ingeregeld om ervoor te zorgen dat zelfs de radiator die het verst van de warmtebron verwijderd is, nog warm is. In het verleden was de circulatiepomp van het verwarmingswater vaak groter gedimensioneerd en/of werden de aanvoertemperaturen hoger ingesteld dan eigenlijk noodzakelijk was. Beide veroorzaken onnodig energieverlies. Hydraulische inregeling helpt om een efficiënt verwarmingssysteem te creëren en leidt tot energiebesparingen van 7 tot 11%⁽²⁾.

Een volgende stap in het verbeteren van de efficiëntie van een warmtepompsysteem is het gebruik van een dynamisch radiatorventielinzetstuk. Vooral in bestaande gebouwen kunnen onzichtbare leidingen een probleem vormen als documenten onvolledig of niet beschikbaar zijn. Leidinglengtes en -diameters blijven onzeker, waardoor het ontwerp moet worden gebaseerd op aannames en empirische waarden. Een dynamisch ventielinzetstuk lost dat probleem op. Wanneer het vereiste watervolume is ingesteld, rekening houdend met het radiatorvermogen en de systeemtemperaturen, zorgt het ventielinzetstuk voor een constante volumestroom. De instelling hoeft slechts eenmaal te gebeuren met de meegeleverde schaaltoets. De schaalverdeling in l/u maakt het instellen snel en eenvoudig. Voorwaarde voor het gebruik van het dynamisch ventiel is echter systeemwater dat vrij is van verontreinigingen.

Bovendien zorgt een moderne thermostaatkop met 1K in plaats van 2K proportionele afwijking voor minder oscillaties en garandeert zo een exacte naleving van de gewenste kamertemperatuur (instelpunttemperatuur). Met de 1K thermostaatkop kan de kamertemperatuur nauwkeuriger worden geregeld, wat op zijn beurt snel tot energiebesparingen kan leiden, omdat elke graad minder overeenkomt met ongeveer 6% besparing⁽³⁾. Houd er echter rekening mee dat dit voordeel alleen mogelijk is als het leidingnet is ontworpen met een 1K proportionele afwijking. 

Tot slot wordt het rendement van de radiatoren ook beïnvloed door de staat waarin ze zich bevinden. Oude radiatoren hebben vaak corrosieresten veroorzaakt door de reactie van staal op de combinatie van vocht en zuurstof. Deze corrosie werkt als een isolerende laag in de radiator en belemmert daardoor de efficiëntie ervan. Om corrosie te voorkomen, moeten de radiatoren regelmatig worden ontlucht. 

Lage temperatuur en warmtepompradiatoren

Zoals gezegd helpen lagere aanvoertemperaturen om de SCOP van een warmtepomp te optimaliseren. Aanvoertemperaturen in het bereik van 35 tot 50°C zijn compatibel gebleken met een radiatorsysteem dat is gekoppeld aan een warmtepomp. De temperaturen beïnvloeden echter de prestaties van de radiator. Waarbij het normaal gesproken convectiewarmte, d.w.z. het verwarmt de luchtstroom in de omgeving om de ruimte geleidelijk te verwarmen, combineert met stralingswarmte die direct voelbaar is waar ze landt, wordt het aandeel convectiewarmte aanzienlijk verminderd wanneer de aanvoertemperatuur onder 40 C daalt. Onder deze temperatuur worden radiatoren of convectoren met ventilatorondersteuning aanbevolen, omdat ze een geforceerde luchtstroom in de radiator creëren en op die manier de lucht blijven verwarmen met convectiewarmte. 

Om het verwarmingssysteem bij lagere aanvoertemperaturen te laten werken, kan het nodig zijn om de verwarmingsoppervlakken te vergroten. Omdat stralingswarmte ook bij lage temperaturen effectief is, zijn radiatoren met voldoende grote stralingsoppervlakken bepalend bij verwarming in het temperatuurbereik onder 50°C. Dit verhoogt ook het gezellige gevoel van warmte.

Radiatorafmetingen

In het verleden was het altijd al de vraag of radiatoren kleiner of groter moesten worden bij het optimaliseren van de thermische isolatie en het veranderen van de systeemtemperaturen. Feit is dat een lagere warmtebelasting als gevolg van verbeteringen in de gebouwschil in combinatie met veranderingen in de systeemtechnologie leidt tot efficiëntere en zuinigere warmtegeneratoren.

In het algemeen kan worden gesteld dat bestaande radiatoren in elk afzonderlijk geval wiskundig moeten worden gecontroleerd, rekening houdend met de lagere systeemtemperatuur, en indien nodig moeten worden vervangen. Zelfs als sommige radiatoren voldoende groot zijn, moet rekening worden gehouden met hun leeftijd en conditie. Bovendien is hydraulische inregeling een belangrijke factor, omdat dit zorgt voor een gelijkmatige warmteverdeling in het leidingnet en garandeert dat elke radiator de vereiste hoeveelheid warm water ontvangt. 

Bronnen
(1) Volgens gegevens verzameld binnen Purmo Group van de MIRAI-SMI 4.0 EH1218DC-warmtepomp.
(2) Volgens het onderzoeksrapport uit 2019 van de ITG Dresden "Potential Energy Savings and Economic Evaluation of Hydronic Balancing in Technical Building Systems".
(3) Onder andere meegedeeld door het Internationaal Energieagentschap (IEA) en de Europese Commissie.