Deze uitgave is geschikt voor:
KENNISINSTITUUT BOUW EN INSTALLATIETECHNIEK
adviseur
Op het gebied van:
Energie & milieu
verwarming
woningen
GRONDGEBONDEN WARMTEPOMPEN
installateur
KLEINTJE
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
s- en
ingsfonds
Te c h n i s c h
ebedrijf
ISBN: 978-90-5044-311-1
kleintje.book Page 1 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
ISSO-kleintje
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
ISBN: 978-90-5044-311-1
kleintje.book Page 3 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
INHOUDSOPGAVE
Samenvatting Symbolenlijst Grafische symbolenlijst Begrippenlijst
5 7 9 13
1
Inleiding 1.1 Toepassingsgebied 1.2 Leeswijzer 1.3 Voordelen van een warmtepomp 1.4 Belangrijkste aandachtspunten 1.5 Normen en richtlijnen
19 19 19 20 21 22
2
Programmafase van een project 2.1 Eisen en wensen opdrachtgever 2.2 Wettelijke eisen en kwaliteitseisen 2.2.1 Wettelijke eisen (nieuw)bouw 2.2.2 Minimaal aan te houden kwaliteitseisen 2.3 Bepalen van een systeemconcept 2.4 Installatieconcepten met warmtepomp 2.5 Technische haalbaarheid installatieconcept 2.5.1 Verwarmingsinstallatie 2.5.2 Warmtapwater installatie 2.5.3 Broninstallatie 2.5.4 Opstelruimte warmtepomp 2.5.5 Geluid 2.6 Energiegebruik en economische haalbaarheid 2.6.1 Indicatie energiebehoefte woning 2.6.2 Rendement van een warmtepomp en ketel 2.6.3 Energiegebruik warmtepompinstallatie 2.6.4 Exploitatiekosten warmtepompinstallatie 2.6.5 Primaire energiebesparing 2.6.6 Ontwerpoverwegingen 2.7 Programma van eisen
23 23 24 24 26 26 28 31 31 34 37 39 41 41 42 43 47 51 56 60 61
3
Ontwerpfase van een project 3.1 Wettelijke eisen en kwaliteitseisen 3.2 Processchema met combiwarmtepomp 3.3 Bepalen van de vermogensbehoeften 3.3.1 Vermogensbehoefte voor verwarmen in een vertrek 3.3.2 Totaal te leveren vermogen voor verwarmen 3.3.3 Te leveren vermogen voor warmtapwater 3.4 Dimensioneren van het afgiftesysteem 3.4.1 Vloerverwarming en vloerkoeling 3.4.2 Ventilatorconvector
63 63 64 65
ISSO-kleintje
3
66 68 68 68 69 72
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 4 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
Dimensioneren van het distributiesysteem 3.5.1 Drukverlies in het distributiesysteem 3.5.2 Inregelen van de ontwerpvolumestromen 3.5.3 Isoleren van het distributiesysteem Dimensioneren van de warmtepomp 3.6.1 Ontwerpvermogen van de condensor 3.6.2 Vermogen van de verdamper 3.6.3 Aantal schakelingen van de warmtepomp Dimensioneren warmtebron 3.7.1 Totale lengte verticale bodem warmtewisselaar 3.7.2 Drukverlies distributiesysteem en VBWW's 3.7.3 Inregelen van de ontwerpvolumestromen 3.7.4 Isoleren van het distributiesysteem Regeling en beveiliging 3.8.1 Regeling van de temperatuur in de vertrekken 3.8.2 Beveligingen Documentatie van de ontwerpgegevens
73 74 77 80 83 83 85 86 87 88 91 93 94 94 94 96 97
4
Uitwerkingsfase van een project 4.1 Wettelijke eisen en kwaliteitseisen 4.2 Selectie van de onderdelen 4.3 Tekeningen en berekeningen en check vergunningen 4.4 Terugkoppelen naar de ontwerpfase 4.5 Monitoringssysteem
99 99 100 101 101 102
5
Realisatiefase van een project 5.1 Wettelijke eisen en kwaliteitseisen 5.2 Montage 5.3 Inregelen van de ontwerpvolumestromen 5.4 Beproeven 5.5 Opleveren van de installatie
103 103 103 104 104 105
6
Beheerfase van een project 6.1 Wettelijke eisen en kwaliteitseisen 6.2 Periodiek onderhoud 6.3 Monitoren 6.4 Klachtenbehandeling
107 107 107 109 109
Bijlage A Principewerking van een warmtepomp
111
Literatuurlijst
114
ISSO-kleintje
4
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 5 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
SAMENVATTING Het ISSO-kleintje warmtepompen is een compacte verzameling van de eisen en middelen nodig voor de realisatie en het beheer van een verwarmingsinstallatie met een warmtepomp. Het zwaartepunt van de informatie ligt bij de opwekkingsinstallatie en de bron. Het toepassingsgebied van het ISSO-kleintje warmtepompen omvat: Nieuwbouwwoningen en gerenoveerde bestaande woningen; Individuele installaties voor verwarmen/passief koelen en warmtapwater; Een elektrisch aangedreven warmtepomp; Een individuele gesloten verticale bodemwarmtewisselaar(s) als bron. Het ISSO-kleintje warmtepompen is bedoeld voor installatiebedrijven die zich bezig houden met: Advisering over warmtepompinstallaties; Ontwerp; Montage; Beheer en onderhoud. In het ISSO-kleintje warmtepompen wordt uitgegaan van toegepaste systeemconcepten en installatieconcepten met een warmtepomp. Deze systeemconcepten en installatieconcepten worden uitgewerkt in de programmafase van een project. Hierbij komen aan de orde de wensen van de opdrachtgever en de technische en economische eigenschappen en haalbaarheid van de systeemconcepten en installatieconcepten. Op basis van de mogelijke installatieconcepten wordt in de ontwerpfase één installatieconcept uitgewerkt. Met behulp van een installatieschema's (processchema) worden de verschillende apparaten en componenten geselecteerd en gedimensioneerd. Uitgangspunt bij het ontwerp is dat de eigenschappen van het installatieconcept vastgelegd in de programmafase in de ontwerpfase moeten worden gerealiseerd.
ISSO-kleintje
5
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 6 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
In de beheerfase komen de aspecten aan de orde die betrekking hebben op de levensduur en handhaving van het lage energiegebruik van de warmtepompinstallatie. De doelstelling van het ISSO-kleintje warmtepompen is dat het direct kan worden toegepast bij het ontwerp of op de bouwlocatie. Hiervoor zijn in het ISSO-kleintje warmtepompen veel afbeeldingen, schema's, tabellen en grafieken opgenomen. Voor het goed functioneren van een warmtepompinstallatie zijn de bouwfysische eigenschappen van een woning van groot belang. Daarom wordt in het ISSO-kleintje warmtepompen ook ingegaan op de minimaal aan te houden eisen voor isolatie en luchtdoorlatendheid van een woning. Ook wordt in het ISSO-kleintje warmtepompen ingegaan op de relatie tussen type ventilatiesysteem en verwarmingsinstallatie met warmtepomp. Hierbij komen comfort en het verschil in te leveren vermogens aan de orde.
ISSO-kleintje
6
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 7 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
SYMBOLENLIJST
Ag
gebruiksoppervlak woning
[m2]
c
soortelijke warmte vloeistof
[J/(kg·K)]
COP
Coëfficiënt of Performance
[-]
kv
volumestroom door een (in)regelafsluiter bij een drukverschil van 1 bar
[m3/h]
kvs
kv-waarde bij een volledig open regelaf- [m3/h] sluiter
PER
Primary Energy Ratio
[-]
SCOP jaar gemiddelde COP
[-]
qm
massastroom
[kg/s]
qv
volumestroom
[m3/s]
Q
energiehoeveelheid
[kW·h]
Rc
warmteweerstand bouwkundige constructies
[(m2·K)/W]
Rh
hydraulische weerstand
[Pa/(m3/s)n]
SPF
Seasenal Performance Factor
[-]
U
warmtedoorgangscoëfficiënt bouwkun- [W/(m2·K)] dige constructie
V
volume
[m3]
β
beta-factor
[-]
θ
temperatuur
[°C]
Δθ
temperatuurverschil
[K]
Δp
drukverlies
[Pa]
Δpp
opvoerhoogte van een pomp
[Pa]
η
rendement
[%]
ρ
soortelijke massa CV-vloeistof
[kg/m3]
φ
warmtevermogen
[W]
ISSO-kleintje
7
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 9 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
GRAFISCHE SYMBOLENLIJST
Radiator
Vloerverwarmingsbuis
-
+ Warmtepomp
Regelafsluiter met servomotor (RA)
Thermostatische regelafsluiter (TRA)
Pomp (CP)
Toerengeregelde pomp (CP)
Inregelafsluiter (IRA) met meetvoorziening
Inregelafsluiter (IRA) zonder meetvoorziening
ISSO-kleintje
9
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 10 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
Handafsluiter met handwiel
Handafsluiter zonder handwiel Terugslagklep
Veer belaste bypassklep
Aanvoerleiding van bijvoorbeeld CV-water Retourleiding van bijvoorbeeld CV-water Verdeler CV-water Verzamelaar CV-water
Kortgesloten verdeler/verzamelaar met buffervat
Expansievat met membraan
Ontluchting
ISSO-kleintje
10
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 11 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
TE Temperatuursensor
TS
Temperatuurmeter en omzetter in een signaal voor maximale temperatuur beveiliging
TC Temperatuur regelaar
PT
FT
ISSO-kleintje
Drukmeter en omzetter in een signaal voor de automatiseringsinstallatie
Volumestroommeter en omzetter in een signaal voor de automatiseringsinstallatie
11
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 13 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
BEGRIPPENLIJST Aansluitvermogen voor verwarmen Het met de ISSO-publicatie 51 (warmteverliesberekening) berekende aansluitvermogen (vermogensbehoefte) voor verwarmen φb,verw,100. Belastingduurkromme Het over een jaar naar grootte gesorteerde verband tussen de vermogensbehoefte van een woning voor verwarmen en het aantal uren per jaar dat deze vermogensbehoefte optreedt. Een vermogen van b.v. 5 kW wordt 100 uur gevraagd door een woning. 5 Vermogen in kW
Het gearceerde oppervlak komt overeen met de energiebehoefte van een woning in b.v. kW.h.
100 Uren per jaar
Het oppervlak onder de zogenoemd jaar belastingduurkromme (JBDK) komt overeen met de energiebehoefte voor verwarmen. Bivalente parallelle bedrijfsvoering De warmtepomp levert als 1e warmteopwekker altijd vermogen bij een vermogensbehoefte voor verwarmen. Als de vermogensbehoefte voor verwarmen groter is dan de vermogenslevering van de warmtepomp, dan wordt met een 2e additionele opwekker (bijstook) extra vermogen geleverd.
ISSO-kleintje
13
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 14 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
Vermogen in kW
Additionele opwekker
Warmtepomp
Uren per jaar
Bodemenergiesysteem Installatie waarmee, zonder grondwater te onttrekken en na gebruik in de bodem terug te brengen, gebruik wordt gemaakt van de bodem voor de levering van warmte of koude ten behoeve van verwarmen en koeling van de ruimten in bouwwerken. β-factor Verhouding tussen het ontwerpvermogen van de condensor van de warmtepomp φc,100 en het ontwerpvermogen φec,100 van de energiecentrale met warmtepomp. Combiwarmtepomp Een warmtepomp waarin de functies ruimteverwarming en tapwaterverwarming zijn gecombineerd. Coëfficiënt Of Performance (COP en SCOP) Verhouding van het door de condensor van de warmtepomp geleverde thermische vermogen φc gedeeld door het elektrisch vermogen φcomp dat aan de compressor moet worden toegevoerd.
ISSO-kleintje
14
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 15 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
COP
фcomp -
+ фc SCOP
фc фcomp Qc Q comp
Bij de door een fabrikant opgegeven COP moet volgens EN NEN 14511-2 het elektrisch vermogen van de pompen bij het elektrisch vermogen van de compressor φcomp worden opgeteld. Voor energieberekeningen is de SCOP gedefinieerd als de verhouding tussen de door de condensor geleverde energie Qc per jaar gedeeld door de aan de compressor toegevoerde energie Qcomp per jaar. Energiecentrale Warmtepomp en bijstook. Energieprestatiecoëfficiënt (EPC) Maat voor de energetische prestatie van een gebouw of een gedeelte van een gebouw inclusief de gebouwinstallaties, bepaald met een standaard gebruikersgedrag, in overeen stemming met NEN 7120. Installatieconcept Functionele beschrijving van een verwarmingsinstallatie voor verwarmen en warmtapwater met een grondgebonden warmtepomp en met benoeming van de belangrijkste onderdelen van het installatieconcept. Monovalent bedrijf warmtepomp Voor verwarmen levert de warmtepomp de volledige vermogensbehoefte voor verwarmen (zie onder de afbeelding JBDK). Er is ook sprake van monovalent bedrijf als de warmtepomp alle energie levert voor het verwarmen van tapwater.
ISSO-kleintje
15
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
Vermogen in kW
kleintje.book Page 16 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
Warmtepomp
Uren per jaar
Ontwerpcondities Binnen- en buitencondities die dienen als basis voor het ontwerp van een centrale verwarming. Primary Energy Ratio PER De verhouding van de energiebehoefte per jaar voor verwarmen, passief koelen en warmtapwater gedeeld door de energielevering inclusief het rendement van een gasgestookte elektriciteitscentrale voor levering van de elektriciteit. Passieve koeling (regeneratie) Het onttrekken van warmte uit de woning in de zomerperiode met behulp van de warmtebron zonder gebruik te maken van de warmtepomp. De bron wordt nu met warmte geladen. Dit wordt ook regeneratie van de bron genoemd en leidt tot een hogere COP voor de warmtepomp in de winterperiode.
ISSO-kleintje
16
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 17 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
~24 °C
vloer Bodem ~12° C Bron verticale bodemwarmtewisselaar
Systeemconcept Combinatie van een woning, ventilatiesysteem en verwarmingsinstallatie met grondgebonden warmtepomp voor verwarmen, passief koelen en warmtapwater. Verwarmen Warmte leveren voor verwarmen van de vertrekken. Warmtapwater Warmte leveren voor het verwarmen van tapwater. Warmtebron Dit zijn de verticale bodemwarmtewisselaars (VBWW's) in de bodem inclusief het distributiesysteem. Verdamper warmtepomp
Bodem ~ 12 °C Verticale bodemwarmtewisselaar
Warmtepompinstallatie Een warmtepompinstallatie is opgebouwd uit de volgende onderdelen:
ISSO-kleintje
17
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 18 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
Afgiftesysteem (eventueel met boiler voor warmtapwater); Opwekking met de elektrisch aangedreven warmtepomp; Bron. BRON
OPWEKKING
AFGIFTE
EWP E vloer E Bodem
Dit wordt ook wel BOA genoemd Bron, opwekking en afgifte.
ISSO-kleintje
18
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen
kleintje.book Page 19 Wednesday, December 20, 2017 10:01 AM
1
INLEIDING
1.1
TOEPASSINGSGEBIED
Het ISSO-kleintje warmtepompen is van toepassing voor goed geïsoleerde woningen met een individuele verwarmingsinstallatie met een elektrisch aangedreven warmtepomp. De verwarmingsinstallatie met warmtepomp heeft de volgende functies: Verwarmen van de vertrekken in de woning; Warmtapwater; Passief koelen van de vertrekken in de woning. De warmtepomp is aangesloten op een individuele verticale bodemwarmtewisselaar(s) VBWW'(s). In de woning verdamper
Boiler 55 °C
condensor
10 °C EWP
9 °C warmtebron
35 °C
E
vloer vloerverwarming
Bodem
E
Verticale bodem warmtewisselaar
Afb. 1.1 Individuele verwarmingsinstallatie met warmtepomp en individuele verticale bodemwarmtewisselaar(s) als bron 1.2
LEESWIJZER
In de hoofdstukken 2 tot en met 6 volgt het ISSO-kleintje (grondgebonden) warmtepompinstallaties de 5 projectfasen van het Model Kwaliteitssysteem Klimaat installaties (MKK). 1. Programmafase In dit hoofdstuk komen aan de orde de wensen van de opdrachtgever en de van toepassing zijnde wettelijke eisen. Van een mogelijk installatieconcept worden de functies en eigenschappen vermeld. Van het mogelijke installatieconcept
ISSO-kleintje
19
Grondgebonden warmtepompinstallaties in woningen