102145-VIESSMANN-Vakreeks Warmtepompen-NL

Vakreeks
Warmtepompen
Vitocal – toekomstgericht verwarmen
met de warmte uit de natuur

Warmtepompen gebruiken hernieuwbare
energie uit de natuur.
De warmte van de zon die in de
bodem, het grondwater en de lucht
is opgeslagen, wordt met behulp
van elektrische energie omgezet in
een comfortabele verwarming.
Vitocal warmtepompen zijn zo
doeltreffend dat ze het hele jaar
door gebruikt kunnen worden als
warmtebron.
2

Inhoudsopgave
1 Inleiding Bladzijde 4
1.1 Marktontwikkeling
1.2 Warmtepompen zijn milieuvriendelijk
1.3 Toepassingsgebieden van warmtepompen
2 Basisprincipes Bladzijde 6
2.1 Basisprincipe
2.2 Modellen
2.2.1 Compressiewarmtepompen
2.2.2 Sorptiewarmtepompen
2.2.3 Vuilleumierwarmtepompen
2.3 Kengetallen
3 Warmtepomptechniek Bladzijde 14
3.1 Componenten van elektrische compressiewarmtepompen
3.1.1 Compressor
3.1.2 Warmtewisselaar
3.1.3 Zuiggaswarmtewisselaar
3.1.4 Regeling
3.2 Warmtebronnen
3.2.1 Warmtebron bodem
3.2.2 Warmtebron water
3.2.3 Warmtebron lucht
3.3 Koelen met compressiewarmtepompen
3.3.1 Omkeerbare werking
3.3.2 „Natural cooling“
3.3.3 Koeling van de ruimte: Lucht of water als warmtedrager?
3.4 Werking van warmtepompen
3.4.1 Monovalente werking
3.4.2 Mono-energetische werking
3.4.3 Bivalente werking
3.4.4 Buffer
3.5 Tapwaterverwarming
4 Toepassing van warmtepompen Bladzijde 30
4.1 Warmtepompen voor renovaties
4.1.1 EVI-cyclus
4.1.2 Vitocal 350 – uitgebreid toepassingsgebied
4.2 Warmtepompen in laagenergiewoningen en passiefhuizen
4.2.1 Laagenergiewoningen
4.2.2 Vitocal 343
4.2.3 Vitocal 200
4.2.4 Passiefhuizen
4.2.5 Vitotres 343
4.3 Warmtepompen voor grotere gebouwen
4.3.1 Warmtepompen met twee compressoren
4.3.2 Vitocal 300 voor grotere vermogens
4.4 In aanmerking komen van warmtepompen in de EPB
4.4.1 Invloed van de warmtebron op de investeringskosten van de installatie
4.4.2 Decentrale elektrische tapwaterverwarming
4.5 Rendement van warmtepompen
4.6 Installatie en werking
4.6.1 Bouw
4.6.2 Toevoeging voor tapwaterverwarming
4.7 Subsidie
5 Samenvatting Bladzijde 43
3

1 Inleiding
Door het toenemend milieubewustzijn,
wint het gebruik van hernieuwbare
energie aan populariteit. In het
kader van deze ontwikkeling, staan
warmtepompen opnieuw in de belangstelling.
De technische tekortkomingen
die de eerste boom in het
begin van de jaren '80 een halt
toeriepen, zijn uit de weg geruimd.
Vandaag is een warmtepomp een
betrouwbaar, kostenbesparend en
toekomstgericht verwarmingssysteem,
dat bovendien bijzonder
milieuvriendelijk is.
Deze vakreeks doet de essentiële
basisprincipes van de warmtepomptechniek
uit de doeken, met een overzicht
van de verschillende technische
varianten en een verduidelijking van
de belangrijke aspecten van het gebruik.
1.1 Marktontwikkeling
In Zwitserland wordt reeds een
nieuwbouw op de drie uitgerust met
een elektrische warmtepomp, in
Zweden maar liefst 7 nieuwbouwen
op de 10. Ook de groeicijfers voor de
Duitse markt zijn aanzienlijk, zoals
getoond op afbeelding 1.
Het zwaartepunt van de nieuwe
installaties ligt op de bodem/waterwarmtepompen
(afbeelding 2), die
hun warmte uit de bodem halen,
zodat ook tijdens de koude maanden
van het jaar een monovalente werking
zonder bijkomende warmtebronnen
mogelijk is.
Bij lucht/water-warmtepompen is
ook een opwaartse trend vast te stellen
(afbeelding 3), omdat deze goedkoper
en eenvoudiger te installeren
zijn. In Zwitserland zijn 60% van de
nieuwe installaties van dit type.
4
1 Inleiding
verwarmingswarmtepompen [in duizend/a]
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
96 97 98 99 00 01
Grond Water Lucht
02 03 04 05
Afbeelding 1: Jaarlijkse nieuwe installaties van warmtepompen in Duitsland
(bron: Initiativkreis WärmePumpe (IWP) e.V.)
Afbeelding 2: Bodem/water- en water/water
warmtepomp Vitocal 300

1.2 Warmtepompen zijn milieuvriendelijk
Ooit raken fossiele brandstoffen,
zoals olie en gas op. Dit feit dringt
steeds meer door tot het bewustzijn
van de mensen – en hierdoor streven
meer en meer mensen ernaar hernieuwbare
energiebronnen in te zetten
voor verwarming.
Ook worden er door de overheid
allerlei maatregelen genomen om
zuinig met fossiele brandstoffen om
te springen. Naast de uitputting van
de voorraden, speelt ook klimaatbescherming
een belangrijke rol. De
vermindering van de CO 2 -emissies
en andere broeikasgassen moet dringend
worden voortgezet, indien men
het dreigend gevaar van de klimaatveranderingen
wil aanpakken.
Dit zijn allemaal argumenten voor
het inzetten van hernieuwbare energiebronnen.
De warmtepomp is een
bijzonder energie-efficiënte oplossing
zowel voor het verwarmen van
een woning als het verwarmen van
tapwater.
1.3 Toepassingsgebieden van
warmtepompen
Warmtepompen zijn geschikt als verwarming
voor alle types gebouwen:
Een- en meergezinswoningen, hotels,
ziekenhuizen, scholen, kantoorgebouwen
en industriegebouwen,
zowel voor nieuwbouw als voor de
renovatie van bestaande gebouwen.
Om te voldoen aan de eisen die gesteld
worden aan een passiefhuis, is
er haast geen andere keuze dan een
warmtepomp te installeren. Net als
bij traditionele verwarmingsinstallaties,
zijn er warmtepompen voor alle
toepassingsgebieden (tabel 1).
Inleiding
Tabel 1: Keuzetabel
Verwarmen Koelen Bijkomend
verluchten
Passiefhuis ■ ■ ■
Laagenergiewoning ■ ■ ■
Meergezinswoningen ■ ■
Opslagruimte ■ 1)
Kantoorgebouw ■ ■
Proceswarmte ■
Buurtverwarmingsnetwerk ■
1) Hogere aanvoertemperaturen
Afbeelding 3: Warmtepompen Vitocal 300
5

2.1 Basisprincipe
Elke warmtepomp, ongeacht het
model, kan beschouwd worden als
een installatie waarin een geschikte
warmtedrager verdampt wordt door
de opname van energie uit de omgeving.
Met behulp van bijkomende
energie wordt de werkvloeistof
samengedrukt en tot een temperatuur
gebracht die afhangt van de
warmtevraag (afbeelding 4).
De manier waarop dit gebeurt, hangt
af van het specifieke model warmtepomp.
Bij de warmtepompen die
vandaag gebruikt worden voor verwarming,
wordt echter altijd een geschikte
werkvloeistof samengedrukt
en ontspannen, zodat de gewenste
afwisseling van warmteopname en
warmteafgifte optreedt (afbeelding
5).
2.2 Modellen
Afhankelijk van hun model en hun
werkingsprincipe, kunnen warmtepompen
onderverdeeld worden in:
– Compressiewarmtepompen
– Sorptiewarmtepompen
(onderverdeeld in absorptie-
en adsorptiewarmtepompen)
– Vuilleumierwarmtepompen
Daarbovenop bestaan nog andere
technische oplossingen, zoals
bijvoorbeeld de thermo-elektrische
warmtepomp. Waarschijnlijk zullen
deze echter binnen afzienbare tijd
geen grote rol meer spelen in de verwarming
van gebouwen of tapwater.
6
2 Basisprincipes
Aandrijvingsenergie
(Stroom)
Afbeelding 4: Principe van de warmtepomp
Expansieklep
Afbeelding 5: Warmtepompkringloop
Condensor
Verdamper
Omgevingswarmte
(bodem, water, lucht)
Geleverde warmte
Geleverde
warmte
Scrollcompressor
Omgevingswarmte

2.2.1 Compressiewarmtepomp
Compressiewarmtepompen staan
technologisch het verst en zijn daarom
ook het wijdst verspreid. Deze
werken net als een koelkast – maar
dan met de omgekeerde bedoeling
(verwarmen in plaats van koelen).
Elektrische compressiewarmtepomp
Bij de opname van warmte uit omgeving,
bevindt zich de vloeibare
warmtedrager (het koelmiddel) bij lage
druk aan de primaire kant (koude
kant) in de verdamper (1). De buitentemperatuur
van de omgeving rond
de verdamper ligt hoger dan het
kookpunt van de werkvloeistof bij de
heersende druk, zodat de werkvloeistof
verdampt en daarbij warmte
onttrekt aan de omgeving. Het
temperatuurniveau kan hierbij ruim
onder 0° C liggen. De compressor (2)
zuigt de verdampte werkvloeistof af
en drukt die samen, waarbij de druk
en de temperatuur van de damp
stijgen (zoals bij het gebruiken van
een fietspomp).
De gasvormige werkvloeistof komt
via de compressor terecht in de secundaire
kant (warmte kant, het verwarmingssysteem)
in de condensor
(3) die door verwarmingswater wordt
omgeven. De temperatuur van het
water is lager dan condensatietemperatuur
van de werkvloeistof, zodat
de damp wordt afgekoeld en daarbij
opnieuw vloeibaar wordt. De warmte
die in de verdamper wordt opgenomen
wordt samen met de energie die
werd toegevoegd bij het samendrukken
aan het verwarmingswater afgegeven.
Basisprincipes
Condensor (3)
Warmtetoevoer
(omgeving)
Secundaire kant
Expansieklep Compressor (2)
Verdamper (1)
Warmteafgifte
(aan het verwarmingssysteem)
Primaire kant
Afbeelding 6: Werkingsschema van een warmtepomp
(Een animatie van de werking van het proces is te vinden op
www.viessmann.de/waermepumpen)
Daarna wordt de werkvloeistof via
een expansieventiel (4) teruggeleid
naar de verdamper. Daarbij ondergaat
het een ontspanning van de
hoge druk van de condensor naar de
lage druk van de verdamper. De kring
is gesloten.
7

Geschikt koelmiddel, bijv. R 407C
bestaat uit een mengsel van drie
stoffen. Elke stof heeft daarbij een
eigen verdampingstemperatuur.
Door het inzetten van een zuiggaswarmtewisselaar
wordt een volledige
verdamping van elk bestanddeel
gegarandeerd. Hierdoor komt geen
vloeistof in de compressor en ligt het
rendement van de koude kring hoger.
Het principe steunt op het feit dat
een deel van de warmte die in de
werkvloeistof achterblijft via een
bijkomende warmtewisselaar aan de
dampkant wordt overgedragen (voor
de compressor). Daardoor worden de
overblijvende vloeistofdruppels verdampt.
Deze warmteoverdracht leidt
aan de koude kant tot een drukverhoging
en aan de warme tot een
drukverlaging. Deze verlaging van
het drukverschil tussen beide kanten
heeft als gevolg dat minder compressiearbeid
moet worden geleverd. Het
stroomverbruik zakt en het rendement
van de warmtepomp stijgt met
5% (afbeelding 7).
8
Basisprincipes
Expansieklep
Condensor
Verdamper
Afbeelding 8: water- warmtepomp Vitocal 300
Warmteafgifte
(aan het verwarmingssysteem)
Zuiggas
warmtewisselaar
Warmtetoevoer
(omgeving)
Verdamper
Oververhitting
Afbeelding 7: Warmtepomp met zuiggaswarmtewisselaar voor de oververhitting van het koelmiddel
(Een animatie van de werking van het proces is te vinden op
www.viessmann.de/waermepumpen)

Moderne warmtepompen die met
netstroom worden aangedreven,
halen ongeveer driekwart van de
geleverde warmte uit de omgeving
en een kwart wordt door de stroom
geleverd aan de compressor. Omdat
deze elektrische energie uiteindelijk
in warmte wordt omgezet, wordt deze
eigenlijk ook voor verwarmingsdoeleinden
gebruikt. Het rendement
(COP) wordt berekend als de afgegeven
warmte (inclusief de warmte die
ontstaat uit de stroomtoevoer aan de
compressor), gedeeld door het energieverbruik
(de stroomtoevoer), in dit
geval (3 + 1)/ 1 = 4. Deze verhouding
beschrijft de efficiëntie van de warmtepomp
(afbeelding 9).
Wanneer stroom uit hernieuwbare
bronnen wordt gebruikt, zoals energieleveranciers
dit speciaal voor
warmtepompen aanbieden, kan op
een volledig hernieuwbare manier
verwarmd worden.
In dit geval is de warmtepomp naast
zonne-energie het enige verwarmingssysteem
waarbij geen CO 2
vrijkomt.
Basisprincipes
Warmtevermogen
uit de omgeving: 3 kW
Gebruikt elektrisch
vermogen:
1 kW
Afgegeven
warmtevermogen: 4 kW
afgegeven warmtevermogen 4 kW
Rendement (COP) = –––––––––––––––––––––––––––––––––– = ––––– = 4
gebruikt elektrisch vermogen 1 kW
Rendement = opgegeven door fabrikant, laboratoriumwaarde
volgens DIN EN 14511
Jaarrendement = verhouding van de gewonnen warmte over een
volledig jaar gedeeld door de verbruikte energie
Afbeelding 9: Afleiding van het rendement
9

log p-h-diagram voor warmtepompen
De waarden voor de temperatuur en
de druk van een kringproces worden
gewoonlijk in een "log p-h-diagram"
voorgesteld. Voor het basisproces in
een warmtepomp kunnen de afzonderlijke
stappen als lijnen worden afgebeeld
– verdamping (1 - 2), compressie
(2 - 3), condensatie (3 - 4) en
expansie (4 - 1) in afbeelding 10.
Bovendien kan het rendement ε
bepaald worden: Deze geeft de verhouding
weer van het ogenblikkelijk
afgegeven warmtevermogen over
het verbruikte elektrisch vermogen.
Het grootste deel van de warmteoverdracht
aan het verwarmingssysteem
vindt plaats in het rood omrande
gasvormige gebied van de werkvloeistof
(afbeelding 10). Dus ligt in
het getoonde voorbeeld de maximale
temperatuur bij ongeveer 45 °C,
goed voor een luchtinlaattemperatuur
van -10 °C. Hogere theoretische
temperaturen kunnen dan worden
bereikt wanneer het koelmiddel nog
meer wordt samengedrukt (stap 2 - 3
in het proces reikt dan verder dan
punt 3) (zie 3.1.3).
Vermogendiagram
De vermogendiagrammen geven het
verband weer tussen het warmtevermogen,
het koudevermogen en het
elektrisch vermogen enerzijds en de
temperatuursomstandigheden anderzijds
(invoertemperatuur van het
"bronmedium" en de aanvoertemperatuur
van de verwarming). In het
voorbeeld op afbeelding 11 heeft een
warmtepomp bij de temperaturen
B 0/W 35 (B 0 = bodem-aanvoertemperatuur
van 0 °C, W 35 = vertrektemperatuur
verwarmingswater
van 35 °C) een koudevermogen van
Q K = 8,4 kW. Het opgenomen elektrisch
vermogen is 2,4 kW, zodat het
warmtevermogen, de som van beide,
in totaal 10,8 kW oplevert. Uit deze
diagrammen kan men bijgevolg voor
verschillende aanvoertemperaturen
het warmtevermogen die de warmtepomp
ter beschikking staan en het
vereiste koudevermogen bepalen.
10
Basisprincipes
Druk p absoluut [bar]
50
40
30
20
10
5
4
3
2
1
– 20°C
– 30°C
– 40°C
50°C
60°C
4
Damp
– 10°C
50 100 150 200 250 300 350 400 450
Enthalpie h [kJ/kg]
40°C
Afbeelding 10: De cyclus van een traditionele lucht/water-warmtepomp in het "log p-h-diagram"
(vereenvoudigde voorstelling voor een buitenluchttemperatuur
van -10 °C (luchtinlaat) en 45 °C aanvoertemperatuur).
Warmtevermogen
Koudevermogen
Vermogen [kW]
Opgenomen
elektrisch
vermogen
15
10,8
10
8,4
Expansie
Afbeelding 11: Vitocal 300, Type BW 110
5
2,4
1
30°C
20°C
10°C
0°C
Verdamping
70°C
Condensatie 3
2
Compressie
80°C
oververhitte
damp
0
– 5 0 5 10 15
Soletemperatuur [°C]
100°C
120°C
140°C
THV = 35°C
THV = 45°C
THV = 55°C
T HV = 35°C
T HV = 45°C
T HV = 55°C
THV = 55°C
THV = 45°C
THV = 35°C

Gasmotor compressiewarmtepomp
In principe kunnen compressiewarmtepompen
ook met aardgas,
diesel of biomassa (raapzaadolie,
biogas) aangedreven worden. Voor
de aandrijving van de compressor
wordt dan een verbrandingsmotor
gebruikt. Bijkomende kosten zijn in
dit geval de geluidsisolatie van de
verbrandingsmotor, net als de rookgasgeleiding
en de brandstofvoorziening.
Bij compressiewarmtepompen op
gas wordt de primaire energie
efficiënter benut dan bij elektrische
warmtepompen, omdat de restwarmte
van het verbrandingsproces
gebruikt kan worden voor de verwarming,
terwijl de restwarmte bij de
elektriciteitsproductie over het algemeen
aan de omgeving wordt afgegeven.
2.2.2 Sorptiewarmtepompen
Onder sorptie verstaat men fysischchemisch
processen waarbij hetzij
een vloeistof, hetzij een gas door een
andere vloeistof wordt opgenomen
(absorptie) of aan het oppervlak van
een vast lichaam wordt vastgehouden
(adsorptie). Deze processen vinden
plaats onder bepaalde fysische
voorwaarden (druk, temperatuur) en
zijn omkeerbaar.
Dergelijke processen die alom in het
dagelijkse leven voorkomen zijn bijv.:
– Koolzuur dat in mineraalwater
geabsorbeerd (opgelost) is, komt
weer vrij bij het openen van de fles
(verlaging van de druk).
– Het filteren van reuk en schadelijke
stoffen uit uitgeademde lucht met
behulp van actieve kool (adsorptie).
Basisprincipes
Warmteafgifte
(aan het verwarmingssysteem)
Expansieklep
6
Condensor
Verdamper
Warmtetoevoer
(omgeving)
Expansieklep
7
Generator
Absorber
Afbeelding 12: Schema van een absorptiewarmtepomp
Absorptiewarmtepomp
Absorptiewarmtepompen worden
gewoonlijk aangedreven op aardgas,
waarbij in plaats van een mechanische
een thermische compressor
wordt ingezet. Ze gebruiken dezelfde
natuurkundige basisprincipes als
compressiewarmtepompen.
In tegenstelling tot een compressiewarmtepomp
wordt in plaats van
een mechanische compressor een
thermische compressor gebruikt.
Daarbij wordt een koelmiddel gebruikt
dat reeds bij lagere temperaturen
kookt, zoals bijvoorbeeld ammoniak.
Dit wordt voorgesteld in afbeelding
12 onder (1), waar het koelwater
op lage temperatuur en lage druk
door opname van omgevingswarmte
verdampt.
De damp van het koelmiddel stroomt
in de absorber (2), waar dit door een
oplosmiddel, bijv. water, door afgifte
van oploswarmte geabsorbeerd of
opgelost wordt.
5
1
4
2
Warmtetoevoer
Thermische
compressor
Warmteafgifte
(aan het verwarmingssysteem)
3
Oplosmiddelpomp
De warmte die vrijkomt wordt via
een warmtewisselaar in de verwarmingskring
geïnjecteerd. Via de oplosmiddelpomp
(3), wordt de oplossing
van beide stoffen naar de thermische
compressor (4) gevoerd. De
twee stoffen hebben een verschillende
kooktemperatuur. Dit betekent dat
onder warmtetoevoer, bijvoorbeeld
van een gasbrander, het opgeloste
koelmiddel opnieuw verdampt, omdat
dit de laagste kooktemperatuur
heeft van beide stoffen.
De damp van het koelmiddel op hoge
druk en temperatuur stroomt in de
condensor (5) en wordt onder afgifte
van de condensatiewarmte gecondenseerd.
Die condensatiewarmte
wordt daarbij overgedragen aan de
verwarmingskring. Het vloeibare
koelmiddel wordt via het expansieventiel
(6) ontspannen en op de
oorspronkelijk druk en temperatuur
gebracht.
In de compressiekringloop wordt
analoog te werk gegaan met het
oplosmiddel (7).
11

Het energieverbruik (stroom) van
de oplosmiddelpomp is heel laag.
De energie voor de thermische
compressor wordt in de vorm van
warmte (gasverbranding) aangevoerd.
Naast aardgasbranders
kunnen ook andere warmtebronnen
worden gebruikt.
Het voordeel van de absorptiewarmtepomp
ligt in de efficiënte
benutting van de primaire energiebronnen
en in het feit dat afgezien
van de oplosmiddelpomp geen
bewegende onderdelen gebruikt
worden.
Adsorptieaggregaten met groot vermogen
(groter dan 50 kW) zijn als
koelmachines de state-of-the-art.
Kleinere vermogens tot ongeveer
2 kW vindt men bijvoorbeeld in
campingkoelkasten op propaangas.
Als werkvloeistof heeft men een
zogenaamd stoffenpaar nodig.
Gewoonlijk wordt water gebruikt
als oplosmiddel en ammoniak als
koelmiddel. Voor verwarmingsinstallaties
met middelgrote vermogens
bestaan op dit gebied nog geen
serieoplossingen.
Adsorptiewarmtepomp
De adsorptiewarmtepomp werkt met
vaste stoffen, zoals bijvoorbeeld actieve
kool, silicagel (glasachtig silicaat)
of zeoliet. Het mineraal zeoliet –
vrij vertaald als "ziedende steen" –
heeft de eigenschap waterdamp op
te slorpen en te binden (te adsorberen)
en daarbij warmte in het temperatuurbereik
tot ca. 300 °C af te geven.
Men spreekt van een exotherme
reactie.
Zoals bij de warmtepompen die eerder
werden beschreven, verloopt het
proces van warmteopname en
warmteafgifte ook bij de adsorptiewarmtepomp
in een kringloop,
hoewel de werking periodiek is. Een
mogelijke uitvoering van die model
wordt getoond op afbeelding 13.
Een vereiste voor adsorptiewarmtepompen
van dit type is een vacuümsysteem.
12
Basisprincipes
1. Fase (desorptie)
Warmtetoevoer
1
Damp
3
Warmteafgifte
(aan het verwarmingssysteem)
Afbeelding 13: Werking van een adsorptiewarmtepomp
2
Gasbrander
Warmtewisselaar
met Zeoliet
Warmtewisselaar
(als condensor)
Warmteafgifte
(aan het verwarmingssysteem)
In de eerste fase (de zogenaamde
desorptiefase) wordt warmte toegevoerd
aan de met silicagel of zeoliet
beklede warmtewisselaar (1) bijvoorbeeld
met een gasbrander (2). Daarbij
komt het water dat aan deze vaste
stof gebonden was vrij als damp en
stroomt het naar de tweede warmtewisselaar
(3). Deze warmtewisselaar
heeft een dubbele functie: In de eerste
fase geeft deze de warmte die nu
bij het condenseren van de damp
vrijkomt, af aan het verwarmingssysteem.
Deze eerste fase is afgelopen
wanneer in het zeoliet geen water
meer zit of wanneer dit nog slechts
een bepaalde hoeveelheid water bevat
en het water in de tweede warmtewisselaar
gecondenseerd is. De
brander wordt nu uitgeschakeld.
De tweede fase begint nu door de
warmtewisselaar (3) nu als verdamper
te laten werken, door aan het
water omgevingswarmte toe te
voegen. Omdat in deze fase een druk
van ongeveer 6 mbar heerst in het
systeem, verdampt het koelmiddel,
2. Fase (adsorptie)
Warmteafgifte
1
Damp
3
2
Gasbrander
Warmtewisselaar
met Zeoliet
Warmtewisselaar
(als verdamper)
Warmtetoevoer
(omgeving)
water, bij opname van omgevingswarmte.
De waterdamp stroomt terug naar de
warmtewisselaar (1) en wordt daar
opnieuw door silicagel of zeoliet opgenomen
(geadsorbeerd). De warmte
die daarbij door de silicagel of het
zeoliet wordt afgegeven, wordt via
de warmtewisselaar (1) aan het verwarmingssysteem
afgegeven. Wanneer
de waterdamp volledig geadsorbeerd
is, is een volledige periode
van het warmtepompproces doorlopen.
De adsorptiewarmtepomp voor de
verwarming van een- en tweegezinswoningen
bevindt zich momenteel
nog in het ontwikkelingsstadium. De
installatie is relatief complex, omdat
vacuümtechniek moet worden gebruikt.
De absorptiewarmtepomp die hoger
werd beschreven, wordt echter in dit
type reeds langer ingezet als koelmachine
met groot vermogen.

2.2.3 Vuilleumierwarmtepompen
De Vuilleumierwarmtepomp wordt
eveneens met aardgas aangedreven
(afbeelding 14). Deze warmtepomp
werkt volgens het principe van een
thermisch aangedreven regeneratieve
gascyclus, zoals bij het Stirlingproces.
Als werkvloeistof wordt het
milieuneutrale edelgas helium gebruikt.
Het Vuilleumierproces steunt op een
octrooi dat in 1918 in Amerika aan
Rudolph Vuilleumier werd verleend.
Wat bijzonder is aan dit proces, is dat
twee warmtebronnen met een verschillende
temperatuur gebruikt kunnen
worden. De "aandrijving" van het
kringproces verloopt via een gasbrander
en als tweede warmtebron
wordt een warmtewisselaar ingezet
die bijvoorbeeld de warmte uit de
buitenlucht haalt. Zelfs bij buitentemperaturen
tot -20 °C zijn nog aanvoertemperaturen
tot 75 °C mogelijk.
Bijgevolg kan de Vuilleumierwarmtepomp
worden ingezet in gebouwen.
Naargelang de systeemvereisten
werden in proefinstallaties genormeerde
rendementen (vergelijkbaar
met het genormeerd rendement van
verwarmingsketels) tot 162% gemeten.
Systemen die momenteel ontwikkeld
worden, tonen aan dat in vergelijking
met gascondensatietechiek tot 44%
bespaard kan worden op primaire
energiebronnen. In principe kunnen
Vuilleumierwarmtepompen worden
ontwikkeld met een warmtevermogen
tussen 15 en 45 kW. Er werden
reeds prototypes voor laboratoriumtests
gebouwd met een vermogen
van 33 kW.
Indien de economische randvoorwaarden
kloppen, kan binnen enkele
jaren de verdere ontwikkeling voor
serieproductie worden afgerond.
Vanuit energetisch standpunt, is de
Vuilleumierwarmtepomp in vergelijking
met de absorptie en de compressiewarmtepomp
de voordeligste
optie.
Basisprincipes
Warme
regenerator
Koude
regenerator
Afbeelding 14: Principe van een Vuilleumierwarmtepomp
2.3 Kengetallen
Om een warmtepomp of een volledige
warmtepompinstallatie te kunnen
beoordelen, werden kengetallen ingevoerd,
die voor compressie-warmtepompen
nauwkeurig in DIN/EN
14511 gedefinieerd zijn.
De belangrijkste kengetallen voor
elektrisch aangedreven warmtepompen
zijn het rendement en het
jaarrendement.
Het rendement ε beschrijft de verhouding
tussen het warmtevermogen
en het vermogen van de aandrijving
(zie ook afbeelding 9). Een rendement
van 4 betekent dus dat vier
keer zoveel warmte wordt afgegeven
als elektrische energie wordt verbruikt.
Het rendement is een waarde die in
een stationaire werkingstoestand
wordt gemeten onder vastgelegde
voorwaarden (het werkingspunt). Bij
bodem/water-warmtepompen, bv.,
betekent het werkingspunt B0/W35:
bodem-inlaattemperatuur 0 °C en
vertrektemperatuur van het verwarmingswater
35 °C.
Warmtetoevoer
(gasbrander)
V h , T h
V w , T w
V k , T k
Warmtetoevoer
(omgeving)
Volume heet
werkgas
Zuiger
Volume warm
werkgas
Warmteafgifte aan
het verwarmings-
Zuiger 2 systeem
Volume koud
werkgas
Voor alle warmtepompen geldt:
Hoe kleiner het temperatuurverschil
tussen het verwarmingswater en de
warmtebron, hoe beter het rendement
en daarmee ook de efficiëntie.
Daarom zijn warmtepompen ook
uitermate geschikt voor de verwarmingssystemen
op lage temperatuur
zoals bijvoorbeeld vloerverwarmingssystemen.
Moderne elektrische warmtepompen
halen afhankelijk van de gekozen
warmtebron en de temperatuur van
het verwarmingssysteem een rendement
van 3,5 tot 5,5. Dit betekent dat
voor elke kWh verbruikte stroom 3,5
tot 5,5 kWh warmte geleverd wordt.
Hiermee wordt het ecologische nadeel
door het inzetten van netstroom
(met een huidige efficiëntie van ca.
34% in Duitsland) meer dan gecompenseerd.
Het gemiddeld jaarrendement
? is een gemeten waarde die
bepaald wordt voor een volledige
warmtepompinstallatie over een
tijdspanne van een jaar. Deze drukt
de verhouding uit tussen de afgegeven
warmte en de verbruikte energie
voor de aandrijving, inclusief voor
pompen en elektronische regelaars.
1
13

3.1 Componenten van elektrische
compressiewarmtepompen
Moderne elektrische compressiewarmtepompen
zijn compacte installaties
die zowel technisch als esthetisch
niet meer te vergelijken zijn met
warmtepompen uit de jaren '80.
3.1.1 Compressor
Het kloppend hart van een warmtepomp
is de compressor, die dient om
de temperatuur over te dragen van
de koude kant (warmtebron) naar de
warme kant (verwarmingscircuit),
zoals getoond op afbeelding 15.
Moderne volledig hermetische
scrollcompressoren voor elektrische
warmtepompen onderscheiden zich
van zuigercompressoren die vroeger
werden gebruikt door hun duurzaamheid
en hun uiterst stille werking.
Ze zijn vandaag de industriestandaard
in Europa, Japan en de VS
en worden reeds in 12 miljoen installaties
ingezet. Door de hermetische
afdichting van de compressor wordt
voor een duur van vele jaren een onderhoudsvrije
werking gegarandeerd
(afbeelding 16).
De samendrukking van de werkvloeistof
verloopt via de spiraalcompressor
(scroll) waarin twee Archimedesschroeven
worden gebruikt.
Door de excentrische aandrijving van
een van de spiralen, worden telkens
twee tegenover elkaar staande halvemaanvormige
volumes ingesloten en
van buiten naar binnen gedrukt,
waarbij het ingesloten volume verkleint.
De bewegende massa’s worden
beperkt tot een aantal onderdelen
die een draaibeweging uitvoeren.
Door de speciale opstelling en het
vermijden van oscillerende massa’s,
worden trillingen geminimaliseerd.
14
3 Warmtepomptechniek
Afbeelding 15: Scrollcompressor
Door de uiterst nauwkeurige afwerking
van de uiteinden van de spiralen,
zijn geen afdichtingen nodig,
omdat de dichtheid van de verschillende
ingesloten volumes wordt gewaarborgd
door een oliefilm.
In vergelijking met conventionele zuigercompressoren
wordt een geluidsreductie
gerealiseerd van 6 dB(A),
waardoor het waarneembare geluid
slechts een vierde bedraagt.
Als koelmiddel in het warmtepompcircuit
worden tegenwoordig in de
regel R 407C, R 410 A, R 404 A en R
134 A gebruikt, die CFK- en HCFK-vrij
zijn en bovendien niet toxisch, biologisch
afbreekbaar en onbrandbaar
zijn.
Afbeelding 16: Scrollspiralenpaar

3.1.2 Warmtewisselaar
Bij warmtepompen worden voor de
verdamper (uitzondering: lucht/water-warmtepompen)
en de condensor
voornamelijk platenwarmtewisselaars
uit roestvrij staal gebruikt.
In tegenstelling tot buizenwarmtewisselaars
hebben platenwarmtewisselaars
uit roestvrij staal geen
laminair, maar een turbulent stromingspatroon.
Dit leidt tot een betere
warmteoverdracht. Bovendien is de
opbouw heel compact, wat plaats bespaart.
3.1.3 Zuiggaswarmtewisselaar
IIn de praktijk wordt afhankelijk van
de werkvloeistof een oververhitting
van de werkvloeistof toegepast voor
de inlaat van de compressor (zie ook
2.2.1.1) Wanneer het koelmiddel uit
de condensor komt, heeft het een hogere
temperatuur als wanneer het uit
de verdamper komt. In de zuiggaswarmtewisselaar
wordt een deel van
deze warmte gebruikt voor de oververhitting
van het koelmiddel dat uit
de verdamper komt. Daardoor worden
de overblijvende vloeistofdruppels
verdampt. Vitocal 300 warmtepompen
beschikken over een zuiggaswarmtewisselaar
(afbeelding 18).
Op een "log p-h-diagram" (afbeedling
17) kan men de afzonderlijke stappen
van het proces aflezen als lijnen –
verdamping (1 – 2), oververhitting
(2 – 3), samendrukking (3 – 4), condensatie
(4 – 5) en expansie (5 – 1)
(Afb. 7).
In het voorbeeld komt 64% van de
energie uit de omgeving, tegenover
een stroomopname van 36%. Bovendien
kan het rendement, zoals beschreven,
bepaald worden: Deze
geeft de verhouding weer van het
ogenblikkelijk afgegeven warmtevermogen
over het verbruikte elektrisch
vermogen.
Warmtepomptechniek
Druk p absoluut [bar]
50
40
30
20
10
5
4
3
2
1
Vloeibaar
–20°C
–30°C 1
–40°C
Expansie
40°C
50°C
60°C
10°C
0°C
–10°C
Damp
30°C
20°C
70°C
50 100 150 200 250 300 350 400 450
Enthalpie h [kJ/kg]
eentraps warmtepomp,
Typ AW: A –15°C / W 45°C
1 – 2 Verdamping
2 – 3 Oververhitting
3 – 4 Compressie
4 – 5 Condensatie
5 – 1 Expansie
5
Condensatie
Verdamping
Verdampingswarmte
uit de omgeving (64%)
Afbeelding 17: log p-h-diagram voor tussenliggende warmtewisselaar
Afbeelding 18: Zuiggaswarmtewisselaar in de Vitocal 300 warmtepomp
2
3
Compressie
80°C
oververhitte
damp
100°C
4
120°C
140°C
Elektrische energie
voor de aandrijving van
de compressor (36%)
Magneetklep
Filterdroger
Zuiggaswarmtewisselaar
Kijkglas
15

3.1.4 Regeling
Naast de functies die bekend zijn in
de verwarmingstechniek, zoals
weersafhankelijke besturing, keuze
van de stookcurve, timerfuncties
voor dalverbruik en vakanties enz.
worden vandaag ook nog werkingsen
foutmeldingen aangeboden in
volle tekst die specifiek zijn aan de
warmtepomp. Grote grafische displays,
onderliggende hulpmenu’s,
menugestuurde bedieningen en
BUS-aansluitingen zorgen voor een
gebruiksvriendelijke regeling. De
nieuwste regelingen beschikken ook
over functies voor de integratie van
zonnecollectoren en "Natural cooling"
(afbeelding 19), evenals de mogelijkheid
het volledige installatieschema
weer te geven.
3.2 Warmtebronnen
Voor het gebruik van omgevingswarmte
staan de warmtebronnen
bodem, grond- en oppervlaktewater,
omgevingslucht of restwarmte ter
beschikking (afbeelding 20). De best
geschikte warmtebron hangt geval
per geval af van de plaatselijke
omstandigheden, de ligging van het
gebouw en de warmtebehoefte.
Algemeen geldt: Hoe kleiner het temperatuurverschil
(ook temperatuurval
genoemd) is tussen de warmtebron
en het verwarmingssysteem, hoe
minder energie nodig is in de compressor
en hoe beter het rendement.
16
Warmtepomptechniek
Afbeelding 19: Weersgestuurde, digitale warmtepompregeling CD 70
Warmtebron lucht:
Uitstekende betrouwbaarheid, lage
investeringskosten, in de regel bivalent
mono-energetisch aangedreven
(elektrisch verwarmingselement voor
lage buitentemperaturen)
Warmtebron bodem:
Groot deel van de nieuw geïnstalleerde
installaties, monovalent
aandrijfbaar, hoge efficiëntie
Warmtebron water:
Belangrijk: Letten op de waterkwaliteit,
bijzonder hoge efficiëntie,
monovalent aandrijfbaar
Warmtebron restwarmte:
Afhankelijk van de beschikbaarheid,
hoeveelheid en temperatuur van de
restwarmte, kleinste marktaandeel.
efficiëntie
Rest
warmte
Grondwater
Aardwarmte
betrouwbarheid
Lucht
Afbeelding 20: Warmtebronnen voor warmtepompen

3.2.1 Warmtebron bodem
De bodem is uitstekend geschikt
voor warmteopslag, omdat de temperatuur
daar het hele jaar door gelijkmatig
tussen 7 en 13 °C ligt (op 2
m diepte).
Via horizontaal geplaatste bodemcollectoren
(afbeelding 22) of via vertikaal
in de grond aangebrachte aardsondes,
wordt de opgeslagen warmte
met behulp van een mengsel van
water en antivriesmiddel (glycolwater)
naar de verdamper gevoerd van
de zogenaamde bodem/water-warmtepomp
(bodem in het primair circuit,
water in het secundair (verwarmings-circuit).
De onttrekking van warmte uit de
grond gebeurt via kunststofbuizen
onder de grond met een groot oppervlak.
Onder de warmtebron "bodem"
verstaat men de bovenste aardsonde
tot een diepte van ca. 5 m. De warmte
wordt gewonnen via een warmtewisselaar
die geplaatst wordt onder
een onbebouwde plek naast het gebouw.
De warmte die uit diepere sondes
naar boven stroomt, bedraagt
slechts 0,063 tot 0,1 W/m 2 en kan als
warmtebron voor bovenste sondes
verwaarloosd worden. De bodemcollector
wordt door straling van de zon,
de regen en smeltwater enz. geregenereerd
of gebruikt de energie die ervan
afkomstig is.
De kunststofbuizen (PE) worden in de
grond geplaatst op een diepte van
1,2 tot 1,5 m. De afzonderlijke buizen
mogen niet langer zijn dan 100 m,
omdat de drukverliezen en daardoor
het vereiste vermogen van de pomp
te hoog zouden oplopen. De buizen
moeten wel telkens even lang zijn,
zodat identieke drukverliezen optreden
en bijgevolg gelijke doorstromingscondities
optreden. Op die manier
onttrekken de collectoren de
warmte gelijkmatig uit de grond. De
buizen worden aan hun uiteinden in
een wat hoger gelegen aanvoer- en
retourcollector (ontluchting) samengebracht.
Elke buis moet afzonderlijk
afgesloten kunnen worden. Het glycolwater
wordt met een circulatiepomp
door de kunststofbuizen gepompt;
deze neemt daarbij de in de
grond opgeslagen warmte op.
Warmtepomptechniek
Diepte [m]
Grondoppervlakte
Temperatuur [°C]
0 5 10 15 20
0
5
10
15
18
1. Feb. 1. Aug.
1. Mai
10°C
Afbeelding 21: Temperatuurverloop van de bodem over het jaar heen
woonkamer
Vitocal 300
1. Nov.
badkamer/
WC
kelder
Warmwaterboiler
Afbeelding 22: Vitocal 300 onttrekt met behulp van bodemcollectoren warmte uit de grond
17

18
Bodemcollector
Afbeelding 23: Warmtewinning met bodemcollectoren
Een lichte tijdelijke ijsvorming in de
bodem rond de buizen heeft geen
nadelige gevolgen voor de installatie
of de plantengroei. Toch mogen geen
planten met diepe wortels worden
aangeplant rond de buizen. De regeneratie
van de afgekoelde bodem
vindt plaats tijdens de lente en de zomer
door de toenemende zonneschijn
en neerslag, zodat zeker voldoende
warmte wordt opgeslagen in
de bodem voor verwarmingsdoeleinden
in de koudere tijd van het
jaar. De oppervlakte boven de bodemcollectoren
mag niet bebouwd
of overdekt worden (afbeelding 23).
De vereiste grondverplaatsing zorgt
bij nieuwbouw meestal niet voor
grote meerkosten, maar voor bestaande
gebouwen daarentegen zijn
de extra kosten meestal zo hoog dat
dit bij een modernisering om deze reden
alleen al niet in aanmerking
komt.
De bruikbare warmtehoeveelheid en
daarmee de grootte van het vereiste
oppervlak hangt sterk af van de
thermische eigenschappen van de
bodem en van de ingestraalde
Warmtepomptechniek
Verzamelschacht met
verdeler
Verdeler
(aanvoer)
Verdeler
(retour)
energie, met andere woorden van
het klimaat. Wat betreft de eigenschappen
van de bodem zijn vooral
de hoeveelheid water, de hoeveelheid
minerale bestanddelen, zoals
kwarts of veldspaat, net als het aantal
en de grootte van de luchtporiën
van belang. Eenvoudig uitgedrukt,
kan men zeggen dat de grond een
hogere warmtecapaciteit heeft en dat
de bodem meer warmte geleidt,
naarmate de bodem meer water en
mineralen bevat en naarmate er minder
luchtporiën in de grond zijn.
Het vermogen dat van de bodem kan
worden onttrokken ligt hierbij tussen
ca. 10 en 35 W/m 2 .
Droge zanderige bodem
q E = 10 bis 15 W/m 2
Vochtige zanderige bodem
q E = 15 bis 20 W/m 2
Droge lemige bodem
q E = 20 bis 25 W/m 2
Vochtige lemige bodem
q E = 25 bis 30 W/m 2
Grondwaterrijke bodem
q E = 30 bis 35 W/m 2
Lagetemperatuurketel
Warmtepomp
Vitocal 300 / 350
Afbeelding 24: Bodemcollector
Afbeelding 25: Verdeler

Indien tijdens de plaatsing van de bodemcollectoren
grondverplaatsingen
nodig zijn van meer dan 1 m diep (afbeelding
24), dan is het aanbrengen
van de aardsonde met moderne
boormachines op enkele uren voltooid
(afbeelding 27).
Bij installaties met aardsondes (afbeelding
26), is het bepalen van de
schikking en de boordiepte uitermate
belangrijk. Hiervoor zijn er geologen
en gespecialiseerde boorfirma's met
specifieke vakkennis en software
voor de plaatsing en de optimalisatie.
Bovendien kan met deze gespecialiseerde
onderneming contractueel
een verwijdering- en vermogengarantie
(bijv. voor 10 jaar) worden
afgesloten. Voor dergelijke installaties
is er een toestemming nodig. In
de boring wordt een geprefabriceerde
sonde ingevoerd en aansluitend
wordt de holte tussen de sondebuis
en de boring met een vulstof aangedrukt.
Er worden maximaal vier
buizen parallel ingevoerd (dubbele
U-buissondes)
De kosten voor de uitvoering van de
boring inclusief de sonde bedragen
afhankelijk van de bodemgesteldheid
30 tot 60 euro/m. Voor een typische
eengezinswoning die voldoet als
laagenergiewoning, is een warmtepomp
nodig met een warmtevermogen
van ongeveer 6 kW voor een
comfortabele verwarming. Hiervoor
is een boordiepte van ongeveer 95 m
nodig. De overeenkomstige boorkosten
liggen dan tussen € 3.000 en
€ 6.000. Een voorwaarde voor de
planning en het invoeren van de
aardsondes is de nauwkeurige kennis
van de bodemgesteldheid, de opeenvolgende
grondlagen, de bodemweerstand
en de aanwezigheid van
grondwater of waterlagen met daarbij
ook de bepaling van het waterpeil
en de stroomrichting. Bij een aardsondeinstallatie
kan men onder normale
hydrogeologische omstandigheden
uitgaan van een middelmatig
sondevermogen van 50 W/m (conform
VDI 4640).
Warmtepomptechniek
Verdeler
(aanvoer)
Verdeler
(retour)
Verzamelschacht
min. 5 m
Aardsonde
(duplex-sonde)
Afbeelding 26: Warmtewinning met de aardsonde
Lagetemperatuurketel
Warmtepomp
Vitocal 300 / 350
Ondergrond
Algemene richtwaarden
Specifiek
onttrekkingsverm.
Slechte ondergrond (droog sediment) [λ < 1,5 W/(m · K)]
Normale ondergrond met vast gesteente en waterverzadigd
20 W/m
Sediment [λ < 1,5 – 3,0 W/(m · K)] 50 W/m
Vast gesteente met hoge warmtegeleiding [λ > 3,0 W/(m · K)]
Sporadisch gesteente
70 W/m
Grind, zand, droog < 20 W/m
Grind, zand, watervoeren 55 – 65 W/m
Klei, leem, vochtig 30 – 40 W/m
Kalksteen (massief) 45 – 60 W/m
Zandsteen 55 – 65 W/m
Zuur stollingsgesteente (bijv. graniet) 55 – 70 W/m
Basisch stollingsgesteente (bijv. basalt) 35 – 55 W/m
Gneis 60 – 70 W/m
Tabel 2: Mogelijk specifiek onttrekkingsvermogen voo r aadwarmtesondes
(dubbele U-buissondes) volgens VDI 4640, blad 2
Indien de sonde zich in een rijke waterader
bevindt, kunnen nog hogere
onttrekkingsvermogens worden gerealiseerd
(tabel 2).
Het glycolwater stroomt door twee
buizen van de verdeler naar onder en
wordt door twee andere buizen verder
opnieuw naar boven geleid naar
de collector (afbeelding 25).
Als werkvloeistof in de bodemcollector
of in de aardsonde wordt
glycolwater gebruikt (mengsel van
water en antivries-middel), zodat er
geen risico bestaat op vastvriezen.
Afbeelding 27: Plaatsen van een aardsonde
19

3.2.2 Warmtebron water
Water is eveneens een goed opslagmedium
voor zonnewarmte. Zelfs in
de koude winterdagen heeft grondwater
een constante temperatuur tussen
7 en 12 °C. Via een aanvoerbron
wordt grondwater onttrokken en naar
de verdamper van de water/waterwarmtepomp
gevoerd. Aansluitend
wordt het gekoelde water in een afwateringsput
afgevoerd (afbeelding
28). De waterkwaliteit van het grondof
oppervlaktewater moet voldoen
aan de grenswaarde die wordt vooropgesteld
door de fabrikant van de
warmtepomp. Wanneer de grenswaarden
worden overschreden, moet
een passende warmtewisselaar in een
tussenliggend circuit worden gebruikt
– bij wisselende waterkwaliteit over
het algemeen aan te bevelen – omdat
de hoogefficiënte platenwarmtewisselaar
in de warmtepomp gevoelig is
aan een veranderlijke waterkwaliteit.
Als warmtewisselaar in het tussenliggend
circuit worden geschroefde
warmtewisselaars van roestvrij staal
gekozen. Door het tussenliggend
circuit wordt de warmtepomp beschermd
en verloopt tegelijk het
proces gelijkmatiger. De reden is dat
het warmteoverdrachtproces in het
tussenliggend circuit van het grondwater
op de bodem gelijkmatiger verloopt
dan van het grondwater direct
op het verdampende koelmiddel in de
warmtepomp (afbeelding 29).
Wanneer de verbruik van de pomp
van het tussenliggend circuit in beschouwing
wordt genomen, daalt de
COP met 6 tot 9%. Door de gewijzigde
temperatuurspreiding, neemt het
warmtevermogen met 2 tot 4% af ten
opzichte van een warmtepomp zonder
tussenliggende warmtewisselaar.
Ook het gebruik van grond- of oppervlaktewater
moet door de bevoegde
instanties worden goedgekeurd. Algemeen
zou de waterkwaliteit bepaalde
grenswaarden moeten onderschrijden,
afhankelijk van het materiaal dat
gebruikt wordt in de warmtewisselaar,
roestvrij staal (1.4401) of koper.
Wanneer de grenswaarden niet overschreden
worden, moet rekening worden
gehouden met een probleemloze
werking van de waterbronnen.
20
Warmtepomptechniek
B
A
C
Warmtetoevoer
Afbeelding 28: Schema van het tussencircuit
Afwateringsput
Toevoerput
met zuigpomp
min. 5 m
Stroomrichting
grondwater
Afbeelding 29: Warmtewinning uit grondwater
D
A
B
C
D
E
Warmtewisselaar
tussencircuit
Warmteafgifte (aan
het verwarmingssysteem)
Toevoerput met zuigpomp
Afwateringsput
Tussenkring-warmtewisselaar
Circulatiepomp tussencircuit
Water/water-warmtepomp
Vitocal 300 of Vitocal 350
E
Lagetemperatuurketel
Warmtepomp
Vitocal 300 / 350

3.2.3 Warmtebron lucht
Buitenlucht
De minste kosten tot het ontsluiten
van een warmtebron heeft men bij
het gebruiken van de buitenlucht.
Deze wordt via een buis aangezogen,
in de verdamper van de warmtepomp
afgekoeld en aansluitend weer
aan de omgeving afgegeven (afbeelding
30 en 31).
Tot een buitenluchttemperatuur van
-20 °C kan een moderne lucht/waterwarmtepomp
nog warmte produceren.
Alleszins kan deze bij een geoptimaliseerde
plaatsing bij deze lage
buitenluchttemperatuur aan de
warmtebehoefte niet meer volledig
voldoen. Een elektrische verwarming
in de warmwaterbuffer verwarmt op
zeer koude dagen het water dat door
de warmtepomp wordt voorverwarmd
tot een ingestelde aanvoertemperatuur.
Omdat lucht/water-warmtepompen
een relatief groot luchtvolume verplaatsen
(3000 tot 4000 m 3 /h), moet
bij het bepalen van de luchtopeningen
in het gebouw en bij de installatie
buiten gelet worden op de mogelijke
geluidsontwikkeling.
Afgevoerde lucht
Warmtepompen die de afvoerlucht
gebruiken als warmtebron, zullen in
de toekomst vaker in huizen met een
heel kleine warmtebehoefte (passiefhuizen)
worden ingezet.
In zogenaamde compacttoestellen
wordt de warmtepomp ook in combinatie
met een gecontroleerd woningverluchting
ingezet. In deze toestellen
gebruikt de geïntegreerde afvoerlucht/water-warmtepomp
de warmte
van de afgevoerde lucht uit de woonruimten
die niet door het verluchtingssysteem
kan worden
Warmtepomptechniek
Buis
afgevoerde
lucht
Warmtepomp
Vitocal 350
Lagetemperatuurketel
Afbeelding 30: Warmtewinning uit de omgevingslucht (buitenlucht)
teruggewonnen en gebruikt deze
voor de naverwarming van de aangevoerde
lucht of voor tapwaterverwarming.
In Zweden worden jaarlijks ca. 8000
luchtwarmtepompen van dit type
geïnstalleerd. Afhankelijk van de
grootte van de afvoerluchtwarmtepomp
wordt bijkomend nog een
elektrische verwarming voorzien om
de warmtebehoefte te dekken.
Warmwaterbuffer
Regeling
Buis
aanvoerlucht
Afbeelding 31: Warmtevermogen lucht/waterwarmtepomp:
11,0 tot 18,5 kW
21

3.3 Koelen met compressiewarmtepompen
Enkele warmtepompen bieden een
bijkomende functie waarmee ze ook
voor het koelen van een gebouw
kunnen worden gebruikt. Er bestaan
twee verschillende methoden om te
koelen door middel van een warmtepomp:
– Omkeerbare werking (actieve koeling):
De werking van de warmtepomp
wordt omgekeerd, zodat
deze werkt als een koelkast. Vaak
wordt een warmtepomp die op deze
manier kan koelen een "reversibele"
warmtepomp genoemd.
– Directe koeling (passieve koeling):
Het glycolwater of het grondwater
nemen via een warmtewisselaar de
warmte uit het verwarmingscircuit
op en geven deze buiten weer af.
Bij deze functie, die ook wel "Natural
cooling" genoemd wordt, is de
hele warmtepomp, van de regeling
tot de circulatiepump, uitgeschakeld.
3.3.1 Omkeerbare werking
Gewoonlijk wordt in Duitsland, waar
veruit de meeste warmtepompen
zijn, enkel het gebouw en het tapwater
verwarmd. Voor de koeling van
het gebouw wordt dan in voorkomend
geval een koelsysteem geïnstalleerd.
De mogelijkheid om beide
functies – verwarmen en koelen – afwisselend
met een toestel uit te voeren
is in Duitsland nog niet zo bekend.
In de VS daarentegen, hebben
warmtepompen die zowel als verwarmingsinstallaties
als koelinstallaties
dienst kunnen doen, een vast
plaats verworven op de markt en deze
zijn daarom wijd verspreid.
22
Warmtepomptechniek
Expansieventielen
Condensor
Verdamper
Zoals hierboven reeds werd uitgelegd,
werken compressiewarmtepompen
en koelkasten volgens hetzelfde
principe. De belangrijkste onderdelen
(verdamper, compressor,
condensor en expansieventiel) zijn
dan ook in beide toepassingen fundamenteel
gelijkaardig. Ze verschillen
in hoofdzaak maar in die mate
dat ze voor verschillende taken werden
geoptimaliseerd, in het ene geval
voor het verhogen van de temperatuur
en in het andere geval voor
het verlagen ervan.
Om een compressiewarmtepomp
ook te kunnen gebruiken voor koeling,
volstaat het in principe de
stroomrichting van de compressor
en het expansieventiel om te keren,
zodat het koelmiddel en dus ook de
warmte in de andere richting stromen.
Warmteafgifte
(aan het verwarmingssysteem)
Warmtetoevoer
(omgeving)
Afbeelding 32: Vereenvoudigd werkingsschema voor een warmtepomp met omkeerbare
warmtewerking
Compressor
Technisch goed te realiseren is het
inbouwen van een vierwegsklep en
een tweede expansieventiel in het
koelmiddelcircuit. De omschakeling
van de stroomrichting kan automatisch
voor de hele installatie worden
geregeld via deze vierwegsklep. Door
een vierwegsklep in te bouwen, kan
de compressor immers onafhankelijk
van de eigenlijke functie (verwarmen
of koelen) zijn oorspronkelijke
stroomrichting behouden.
Tijdens het verwarmen vervoert de
compressor het gasvormig koelmiddel
naar de warmtewisselaar van het
verwarmingssysteem. Hier condenseert
het koelmiddel en geeft daarbij
de warmte af aan het verwarmingssysteem
(warmwaterverwarming of
luchtverwarming) (afbeelding 32).

Voor de koeling wordt de stroomrichting
met behulp van de vierwegsklep
omgedraaid. De oorspronkelijke
condensor is nu een verdamper die
de warmte van het verwarmingssysteem
– dat opnieuw de warmte uit de
ruimte heeft opgenomen – overdraagt
aan het koelmiddel. Het gasvormige
koelmiddel loopt opnieuw
via de vierwegsklep naar de compressor
en van daar naar de warmtewisselaar,
die de warmte aan de omgeving
afgeeft (afbeelding 33).
Warmtepompen die op deze manier
werken, worden onder andere als
compacte systeemoplossing aangeboden
voor passiefhuizen. Bij het
compacttoestel Vitotres 343 voor
passiefhuizen (afbeelding 34) gaat
het bijvoorbeeld om een lucht/waterwarmtepomp
die met een mechanische
woonverluchting wordt gecombineerd.
Tijdens het verwarmen (nominaal
warmtevermogen 1,5 kW) gebruikt
de warmtepomp de warmte
van de afgezogen lucht die niet kan
worden teruggewonnen door de verluchting
en gebruikt deze voor de naverwarming
van de aangevoerde
lucht of voor tapwaterverwarming.
Op hete zomerdagen wordt in de
Vitotres 343 om te beginnen de
warmtewisselaar van de mechanische
woonverluchting, die dient om
warmte terug te winnen, overbrugd
met een bypass-schakeling. Zo wordt
bijvoorbeeld in vergelijking met de
warme binnenlucht ‘s nachts koelere
buitenlucht in de woning geblazen.
Indien de gebruiker nog koelere lucht
in huis wenst te hebben, wordt de afvoerlucht/water-warmtepompautomatisch
in de omgekeerde werking
geschakeld. In de verdamper van de
warmtepomp wordt van de aangevoerde
lucht nu actief warmte onttrokken.
Het compacttoestel haalt
dan een koelvermogen van maximaal
1 kW. De koele lucht wordt dan
door het systeem in de kamers geblazen.
Warmtepomptechniek
Expansieventielen
Verdamper
Condensor
Het warmtevermogen van reversibele
compressiewarmtepompen is altijd
een beetje groter dan het koelvermogen.
Bij het verwarmen wordt
de energieopname die wordt gebruikt
voor het aandrijven van de
compressor in nuttige warmte omgezet.
Bij het koelen ontstaat deze
warmte eveneens, omdat hierbij ook
de compressor moet worden gebruikt.
De warmte die hierdoor onvermijdelijk
ontstaat verlaagt het
theoretisch mogelijke koelvermogen.
De haalbare COP’s van reversibele
warmtepompen zijn bij het koelen
dus iets lager dan bij het verwarmen.
Warmtetoevoer
(van het verwarmingssysteem of uit de kamers)
Warmteafgifte
(omgeving)
Afbeelding 33: Vereenvoudigd werkingsschema voor een omkeerbare warmtepomp tijdens
het koelen
Compressor
Afbeelding 34: Vitotres 343 – compacttoestel
voor passiefhuizen gecombineerd
met mechanische woonverluchting
en warmwaterboiler.
23

3.3.2 „Natural cooling“
In de zomer zijn de temperaturen in
de gebouwen meestal hoger dan onder
de grond of in het grondwater.
Dan kunnen de warmtebronnen met
lage temperaturen die tijdens de winter
als warmtebron worden gebruikt,
zoals de grond of het grondwater direct
voor natuurlijke koeling van de
gebrouwen gebruikt worden. Bepaalde
warmtepompen beschikken hiertoe
in hun regeling over een functie
die "Natural cooling" heet. Door de
hoge buitentemperaturen tijdens de
zomer, is deze functie bij lucht/waterwarmtepompen
niet mogelijk.
De "Natural cooling"-functie kan met
slechts een paar extra componenten
(warmtewisselaar, driewegsklep en
circulatiepomp) geactiveerd worden
en voorziet Vitocal warmtepompen
hiermee van een aangename extra
functie. Deze koelfunctie is echter
fundamenteel verschillend van airconditioning
of waterkoelers. Het
koelvermogen hangt af van de grootte
en de temperatuur van de warmtebron
en van de seizoensgebonden
schommelingen. Naar het einde van
de zomer toe heeft de grond immers
meer warmte opgeslagen, zodat het
koelend vermogen dan wat daalt.
Bij de "Natural cooling"-functie schakelt
de regeling alleen de primaire
pomp (B) in (de compressor van de
warmtepomp blijft uitgeschakeld),
opent de driewegsomschakelklep (C
en G) naar de warmte-wisselaar (D)
en zet de secundaire circulatiepomp
(E) in werking (afbeelding 35). Zo kan
het relatief warme water uit de vloerverwarming
(F) in de warmtewisselaar
(D) de warmte aan het glycolwater
van de primaire keten afgeven.
Van de aangesloten kamers wordt
dan warmte onttrokken.
24
Warmtepomptechniek
A
D
C
B
Voor de directe koeling van de kamers
kunnen de volgende systemen
worden aangesloten:
– Ventiloconvectoren
– Vloerkoeling
– Vloerverwarmingssystemen
– Activering bouwelementen
(betonkernactivering)
E
H
F
G
K
bijv. aardsonde
Primaire pomp
Driewegsomschakelklep
verwarming/koeling
(primair circuit)
Warmtewisselaar koeling
Circulatiepomp koeling
Vloerverwarmingssysteem
Driewegsomschakelklep
verwarming/koeling
(secundair circuit)
Secundaire pomp
Afbeelding 35: Vereenvoudigd installatieschema voor "Natural cooling"
met vloerverwarmingssysteem
A
B
C
D
E
F
G
H
K
Warmtepomp Vitocal 300
of Vitocal 350
"Natural cooling" is een bijzonder
energiebesparende en voordelige
methode voor de koeling van gebouwen,
omdat enkel een laag stroomverbruik
nodig is voor de circulatiepompen,
waardoor de koele grond of
het grondwater voor koeling kunnen
worden gebruikt. De warmtepomp
wordt tijdens het koelen enkel ingeschakeld
voor het bereiden van
warm tapwater. De aansturing van
alle nodige circulatiepompen en omschakelkleppen
evenals het registreren
van de nodige temperaturen en
de bewaking van de dauwpunttemperatuur
gebeurt door de regeling
van de warmtepomp.
Bij deze manier van koelen, worden
koel-COP’s tussen 15 en 20 gehaald.

3.3.3 Koeling van de ruimte:
Lucht of water als warmtedrager?
Bij traditionele airconditioning wordt
de gekoelde lucht via één of meerdere
kanalen in de kamer geblazen en
de warme lucht wordt afgevoerd.
Volgens hetzelfde principe werken de
compacttoestellen van passiefhuizen.
In beide gevallen gaat het om toestellen
die zorgen voor airconditioning
waarbij de luchtstromen worden
gebruikt voor de warmteuitwisseling.
Reversibele warmtepompen en
warmtepompen met een "Natural
cooling"-functie zijn daarentegen gewoonlijk
aangesloten op een verwarmingssysteem
op warm water. Dit
systeem draagt op koude dagen de
warmte van het verwarmingswater
over op de te verwarmen kamers via
verwarmingsvlakken. (bijv. een vloerverwarmingssysteem).
Vooral radiatoren
zijn voor het koelen van woonruimten
ongeschikt. Omwille van het
relatief kleine temperatuurverschil
tussen het water en de kamertemperaturen
tijdens de zomer, net als het
relatief kleine oppervlak van de radiatoren,
vindt slechts een geringe
warmteoverdracht plaats door convectie
en warmtestraling. Ook is het
gebruik van een verwarmingsvlakken
die dichtbij de grond staan voor het
koelen ongeschikt, omdat warmere
lucht zich, zoals bekend, verzamelt
onder het plafond. Bovendien zijn
radiatoren door hun bouw bijzonder
gevoelig aan de vorming van condensaat.
Omwille van hun groter oppervlak
zijn vloerverwarmingen beter geschikt.
Toch verzamelt de gekoelde
lucht zich boven de vloer en stijgt
niet op. De warmteopname gebeurt
bij een vloerverwarmingssysteem
bijgevolg uitsluitend via straling.
Hiervoor staat echter de volledige
vloer ter beschikking, zodat dit de
kamertemperatuur goed beïnvloedt.
De efficiëntie van de koeling via een
vloerverwarming kan dankzij goede
woonverluchting worden verhoogd,
omdat er een goede luchtdoorstroming
plaatsvindt.
Warmtepomptechniek
Afbeelding 36: Plafondairconditioning (afbeelding: firma EMCO)
Nog beter kan de warmte via een
koelplafond afgevoerd worden.
Onder het plafond verzamelt zich de
warme lucht en deze koelt af aan het
plafondoppervlak. Hierdoor zakt deze
naar de vloer en stroomt warme
lucht aan. Door de kringloop die hierdoor
ontstaat wordt in vergelijking
met vloerkoeling grotere hoeveelheden
lucht langs het koeloppervlak geleid.
Koelplafonds (afbeelding 36)
vervangen normaal gezien geen verwarmingssysteem
en daarom worden
ze meestal ingebouwd in combinatie
met radiatoren of een vloerverwarming
en worden ze hydraulisch
geïntegreerd, gescheiden door een
warmtewisselaar.
Ventiloconvectoren (afbeelding 37)
zijn bijzonder doeltreffend, omdat ze
als een ventilator werken die bovendien
het luchtdebiet regelt. Hierdoor
kunnen ook grotere volumes lucht
langs de warmteuitwisselings-oppervlakken
worden geleid, wat op korte
tijd zorgt voor een doeltreffende
koeling van de ruimte. Door de
bijkomende mogelijkheid het debiet
te variëren via de ventilator, kan de
kamer zeer nauwkeurig worden gekoeld.
Ventiloconvectoren zijn bovendien
ongevoelig voor druipend condensaat
wanneer het condensaat
wordt afgevoerd.
Onafhankelijk van de koelmethode –
reversibele werking of "Natural cooling"
– is in elk geval een dauwpuntbewaking
nodig via de regeling van
de warmtepomp. Zo mag de oppervlaktetemperatuur
van de vloerverwarming
tijdens het koelen niet lager
worden dan 20 °C. De dauwpuntbewaking
houdt de aanvoertemperatuur
van het verwarmingssysteem
bij het koelen zo hoog dat de temperatuur
niet zakt onder de toelaatbare
dauwpunttemperatuur en er daarom
geen gevaar bestaat dat vocht uit de
lucht neerslaat op de vloer.
Afbeelding 37: Ventilatorconvectoren
(afbeelding: firma EMCO)
25

3.4 Werking van warmtepompen
Bij het inzetten van warmtepompen
onderscheidt men drie werkingstoestanden:
monovalent, monoenergetisch
en bivalent.
3.4.1 Monovalente werking
Monovalente werking betekent dat
de warmtepomp de enige warmtebron
is voor de hele warmtebehoefte.
Deze werking is vanuit energetisch
standpunt te verkiezen, omdat
een hoog rendement wordt gehaald.
Een voorwaarde hiervoor is dat te
aangesloten systemen die zorgen
voor de warmteverdeling op een
temperatuur werken onder de maximale
aanvoertemperatuur van de
warmtepomp en dat de warmtebehoefte
niet groter wordt dan de
maximale capaciteit van de warmtepomp
(afbeelding 38).
Typische toepassingsgebieden voor
monovalente systemen zijn een- en
meergezinswoningen evenals bedrijfsgebouwen
die tot twee verschillende
gebruikers hebben. Een
afzonderlijke plaatsing van twee verschillende
verwarmingscircuits zijn
mogelijk (bijv. vloerverwarming en
radiatoren ) De secundaire pomp (4)
moet garanderen dat het minimaal
debiet van de warmtepomp via het
buffervat stroomt. Het is mogelijk circulatie-pompen
(7) en (8) te gebruiken
die geregeld worden door een
druk-verschil. Wanneer de werkelijke
temperatuur die gemeten wordt in
de bovenste temperatuursensor (2)
van de buffer voor verwarmingswater
(3) lager is dan de temperatuur
die in de temperatuurregelaar werd
ingesteld, dan treden de warmtepomp
(1), de primaire pompen en de
secundaire pomp (4) in werking. De
warmtepomp (1) levert dan warmte
aan het verwarmingscircuit Door de
in de warmtepomp (1) ingebouwde
regeling wordt de aanvoertemperatuur
van het verwarmingswater en
dus van het verwarmingscircuit geregeld.
De secundaire pomp (4) voert dan
verwarmingswater via de driewegsomschakelklep
(5) ofwel naar de boiler
(6) ofwel naar de buffer voor ver
26
Warmtepomptechniek
6
Afbeelding 38: Installatieschema voor monovalente werking
warmingswater (3). Door de pompen
van het verwarmingscircuit (7) en (8)
wordt het nodige debiet naar het verwarmingscircuit
gevoerd.
Het debiet in het verwarmingscircuit
wordt geregeld door het openen en
het sluiten van de thermostatische
kranen van de radiatoren of de ventielen
van de vloerverwarmingsverdeler
en/of door een externe regeling
van het verwarmingscircuit. Precies
op die manier kan het debiet bij de
plaatsing van de pompen van het
verwarmingscircuit (7) en (8) verschillen
van het debiet van het circuit
van de warmtepomp (secundaire
pomp (4)). Om het verschil tussen
deze hoeveelheden water te compenseren
is hiermee parallel een buffer
voor verwarmingswater (3) voorzien.
Het water dat niet door de verwarmingscircuits
wordt opgenomen,
wordt opgeslagen in de buffer (3).
Bovendien wordt daarmee een gelijkmatige
werking van de warmtepomp
gerealiseerd (lange looptijden).
Wanneer in de onderste temperatuursensor
(9) van de buffer voor
verwarmingswater (3) de ingestelde
temperatuur bereikt is, wordt de
1
5
4
M
7
2
9
warmtepomp (1) uitgeschakeld. Dan
worden de verwarmingscircuits met
warmte voorzien uit de buffer (3). Pas
wanneer de temperatuur daalt onder
de ingestelde temperatuur van de
bovenste temperatuursensor (2) van
de buffer (3), wordt de warmtepomp
(1) weer ingeschakeld.
De tapwaterverwarming door de
warmtepomp (1) heeft in de regel
voorrang ten opzichte van het verwarmingscircuit
en gebeurt dan ook
bij voorkeur 's nachts. De buffertemperatuursensor
en de regeling bepalen
de aanvoer van verwarmingswater
en het omschakelen van de
driewegsomschakelklep (5). De aanvoertemperatuur
wordt door de regeling
op de voor tapwaterverwarming
vereiste waarde gebracht. De
naverwarming van het tapwater kan
door een bijkomende elektrische verwarming
gebeuren. Wanneer de eigenlijke
waarde in de temperatuursensor
de ingestelde waarde in de
regeling overschrijdt, dan schakelt de
regeling via de driewegsomschakelklep
(5) het verwarmde water door
naar het verwarmingscircuit.
3
8

3.4.2 Mono-energetische werking
Bij een mono-energetische werking
wordt een tweede warmtebron ingeschakeld
met dezelfde energiebron.
Bijvoorbeeld: naast een elektrische
compressiewarmtepomp is een elektrische
doorstroomverwarmer geschakeld
voor de wateraanvoer of
een elektrisch verwarmingselement
in de warmwaterbuffer geïnstalleerd
(meestal bij lucht/water-warmtepompen).
Deze oplossing is een
goed compromis tussen de energetische
efficiëntie en de investeringskosten.
Mono-energetische installaties worden
vooral ingezet in een- of kleine
tweegezinswoningen met een gemeenschappelijk
verbruik en met
vloerverwarming (afbeelding 39).
Het minimaal debiet van de warmtepomp
wordt door de secundaire
pomp (2) en de stortklep gegarandeerd.
Verwarmingsbuizen en stortklep
moeten op elkaar zijn afgestemd.
Wanneer de in de retourtemperatuursensor
in de warmtepomp
(1) gemeten temperatuur lager is dan
de temperatuur die in de regeling
werd ingesteld, dan treden de warmtepomp
(1) en de secundaire pomp
(2) in werking.
De warmtepomp (1) levert dan
warmte aan het verwarmingscircuit
Door de in de warmtepomp (1) ingebouwde
regeling wordt de aanvoertemperatuur
van het verwarmingswater
en dus van het verwarmingscircuit
geregeld. De secundaire pomp
(2) voert het verwarmingswater via
de driewegs-omschakelklep (3) ofwel
naar de boiler (4) ofwel naar het verwarmingscircuit.
De doorstroomverwarmer
(5) dient om de piekvraag op
te vangen bij lage buitentemperaturen
(bijv. < –10 °C). Het debiet in het
verwarmingscircuit wordt geregeld
door het openen en het sluiten van
de thermostatische kranen van de
radiatoren of de ventielen van de
vloerverwarmingsverdeler.
4
Warmtepomptechniek
VL
Afbeelding 39: Installatieschema voor mono-energetische werking
RL
De Divicon verwarmingscircuitverdeling
(6) is uitgerust met een
stortklep die instaat voor een constant
debiet in het warmtepompcircuit.
De aan de retourzijde geïntegreerde
boiler (7) stelt het circulatievolume
ter beschikking van de
warmtepomp (1), zodat de minimale
looptijd van de warmtepomp kan
worden gegarandeerd. Wanneer de
retourtemperatuursensor een waarde
meet die hoger is dan deze die in
de regeling werd ingesteld, dan
wordt de warmtepomp (1), de primaire
pomp en de pomp van het
tussenliggende circuit uitgeschakeld.
De verwarming van het tapwater
gebeurt op een analoge manier als
bij monovalente werking.
1
5
6
VL
3
2
VL
RL
RL
7
27

3.4.3 Bivalente werking
In een bivalente verwarmingsinstallatie
wordt de warmtepomp minstens
met een ander verwarmingstoestel,
op een vaste, vloeibare of
gasvormige brandstof, gecombineerd
(parallel of alternatief). Als bijkomend
verwarmingstoestel komen
zowel ketels op biomassa, op olie, of
op gas in aanmerking (afbeelding
40). Ofwel worden beide verwarmingstoestellen
gelijktijdig gebruikt
(parallel) ofwel werken de toestellen
afwisselend, afhankelijk van de opstelling.
Bij afwisselende werking
zorgt de warmtepomp boven een bepaalde
buitentemperatuur voor de
totale warmteproductie. Wanneer de
buitentemperatuur lager wordt, volstaat
het vermogen van de warmtepomp
niet meer omwille van de uitvoering.
Dan neemt de verwarmingsinstallatie
over op het tweede verwarmingstoestel
dat de totale warmteproductie
overneemt. De warmtepomp
wordt uitgeschakeld.
3.4.4 Buffer
Het inzetten van een warmwaterbuffer
is aan te raden om een geoptimaliseerde
looptijd en daarmee ook
een stijging van het jaarrendement te
bereiken. Deze dienen voor de
hydraulische ontkoppeling van de
debieten tussen het warmtepompcircuit
en het verwarmingscircuit.
Omdat het warmtevermogen van de
warmtepomp niet altijd identiek is
aan de warmtebehoefte van het moment,
wordt door het inzetten van
een warmwaterbuffer een gelijkmatige
werking tot stand gebracht, d.w.z.
het pendelen van de compressor
wordt vermeden. Indien bijvoorbeeld
het debiet in het verwarmingscircuit
via thermostatische kranen wordt
verminderd, dan blijft het debiet in
het warmtepompcircuit constant.
Bovendien worden steeds vaker
zonnecollectoren gebruikt om
tapwaterverwarming en verwarming
te ondersteunen. De gewonnen
zonnewarmte moet in het gehele
systeem ingevoerd kunnen worden.
28
Warmtepomptechniek
KW
WW
Warmwaterboiler Warmtepomp
Vitocal
Voor het inzetten van de warmwaterbuffer
heeft men bovendien:
– een constant debiet door
de warmtepomp
– geen vervanging van de circulatiepomp
nodig bij een modernisering
van de vewarmingsinstallatie
– geen stromingsgeluid in het
warmteverdelingssysteem.
Het volume van de buffer moet groot
genoeg gekozen worden, zodat de
onderbrekingstijden die door de
energiebedrijven worden veroorzaakt
probleemloos overbrugd kunnen
worden, zonder dat het gebouw
afkoelt. Dit geldt in het bijzonder
voor warmteverdelingssystemen
zonder bijkomende buffers (bijv.
radiatoren).
VL
VL
VL
Afbeelding 40: Installatieschema voor mono-energetische werking
RL
VL
VL
RL
RL
VL
Warmwaterbuffer Houtketel
Vitolig
Bij een vloerverwarming neemt daarentegen
de dekvloer een deel van de
warmteopslag voor zijn rekening.
Indien geen onderbrekingstijden
bestaan, dan is voor een looptijdoptimalisatie
van de warmtepomp
een buffervolume van
V HP = Q G · (20 tot 25 liter)

3.5 Tapwaterverwarming
De tapwaterverwarming stelt in
vergelijking met een verwarmingsinstallatie
fundamenteel andere
eisen, omdat hiervoor het hele jaar
door ongeveer gelijklopende warmtebehoeften
en –temperaturen moeten
worden geleverd. Bij voorkeur
moet de tapwaterverwarming worden
verzorgd tijdens de verlaagde
werking. Dan staat over dag het volledig
warmtevermogen voor verwarmingsdoeleinden
ter beschikking.
Warmtepompen leveren in de regel
tapwatertemperaturen tussen 45 en
50 °C, zodat de opslagcapaciteit zou
overeenkomen met de dagelijkse
behoeften.
Bij het plannen kan principieel NBN
pr D20-007 in acht genomen worden.
Vitocell-V 100
De Vitocell-V 100, Type CVW (afbeelding
41), is speciaal voor de tapwaterverwarming
gebouwd in combinatie
met een warmtepomp. De warmtewisselaar
is bijzonder groot, met
een oppervlak van vier vierkante meter.
Dat leidt tot een zeer efficiënte
warmteoverdracht. De warmwaterboiler
is bovendien voorzien van een
bijkomende aansluiting voor een
zonnesysteem en de inbouw van een
of twee elektrische verwarmingselementen
voor naverwarming.
Vitocell-B 100
De Vitocell-B 100 (afbeelding 42,
links) met Ceraprotect-emaillering
voldoet aan de eisen die gesteld
worden aan een comfortabele en
economische tapwaterverwarming
en nemen een toppositie in op het
gebied van geëmailleerde warmwaterboilers.
De Ceraprotect-emaillering met anode
beschermt de warmwaterboiler
blijvend tegen corrosie.
Warmtepomptechniek
Vitocell-B 300
De Vitocell-B 300 (afbeelding 42,
rechts) warmwaterboilers uit roestvrij
staal voldoen aan de hoogste hygiënische
vereisten. Niet voor niets
wordt roestvrij staal in keukens, laboratoria,
ziekenhuizen en de voedingsindustrie
gebruikt. De homogene
roestvrij stalen oppervlakken blijven
immers ook na vele jaren van gebruik
nog steeds onberispelijk hygiënisch.
Grote verwarmingsvlakken,
hoog warmtevermogen
De verwarmingsvlakken van de bivalente
Vitocell-B warmwaterboiler
worden in serie geschakeld om het
vermogen van de warmtepomp continu
te kunnen overdragen. De verwarmingsvlakken
zijn bovendien
diep tot aan de bodem van de boiler
doorgetrokken. Dit verzekert een gelijkmatige
opwarming van de gehele
waterinhoud.
Voor een eenvoudige inbedrijfstelling
en een ongehinderde werking
Afbeelding 42: Warmwaterboiler Vitocell-B 100 en Vitocell-B 300
Afbeelding 41: In de Vitocell-V 100
van warmwaterboilers zijn de
verwarmingsspiralen zo gebouwd
dat ze naar boven ontluchten en
naar onder geleegd worden. Een
doeltreffende isolatie van CFK-vrij
hard of zacht polyurethaanschuim
beschermt de warmwaterboiler bijzonder
goed tegen warmteverliezen.
29

4.1 Warmtepompen voor renovaties
Hoewel naar schatting ongeveer
twee miljoen oude verwarmingsinstallaties
aan modernisering toe zijn,
spelen warmtepompen op de renovatiemarkt
tot dusver amper een rol.
De reden waarom slechts hier en
daar een verwarmingsketel door een
warmtepomp wordt vervangen, is
dat oudere gebouwen in vergelijking
met een nieuwbouw hogere aanvoertemperaturen
nodig hebben.
Gebruikelijke eentrapscompressiewarmtepompen
leveren met de geijkte
koelmiddelen (R 407 C, R 404 A
enz.) aanvoertemperaturen tot maximum
55 °C. Dit is te laag om met radiatoren
met normale afmetingen
voldoende warmte te leveren aan de
vertrekken. Indien men probeert om
hogere aanvoertemperaturen te bekomen,
dan worden al gauw de druken
temperatuurgrenzen van het koelmiddel
bereikt. Bovendien zakt tegelijk
ook het rendement van het proces.
Om toch economisch compressiewarmtepompen
in te zetten voor
modernisering, bestaan er twee verder
ontwikkelde kringprocessen.
Beide hebben als doel met de gebruikelijke
koelmiddelen temperaturen
van boven de 55 °C te halen en
bovendien een goed rendement te
bekomen.
De eerste mogelijkheid heet een
cascadeschakeling en hierbij worden
met de gebruikelijke koelmiddelen
hogere aanvoertemperaturen gehaald.
Twee warmtepompcircuits
worden in een toestel na elkaar geschakeld,
waarbij ze via een warmtewisselaar
thermisch met elkaar in
contact staan (afbeelding 43). Deze
centrale warmtewisselaar (1) is de
condensor van de eerste trap en gelijktijdig
de verdamper van de tweede
trap.
30
4 Toepassing van warmtepompen
Expansieklep
Expansieklep
Condensor
Cascadekoeler
Verdamper
Afbeelding 43: Principe van een Vuilleumierwarmtepomp
De warmte die in de eerste trap
wordt opgenomen wordt aan de hoger
gelegen tweede trap afgegeven
en uiteindelijk naar het verwarmingssysteem
gevoerd.
De twee kringlopen bevatten normaal
gesproken twee verschillende
koelmiddelen, bijvoorbeeld R 404 A
in de onderste en R 134 A in de bovenste
trap. Bij deze uitvoering moeten
beide trappen altijd voortdurend
in werking zijn, omdat enkel de eerste
trap warmte uit de omgeving kan
opnemen en enkel de tweede trap is
uitgerust om aan het verwarmingssysteem
warmte te leveren.
1
Warmteafgifte
(aan het verwarmingssysteem)
Warmtetoevoer
(omgeving)
Compressor
Compressor
4.1.1 EVI-cyclus
2. Trap
1. Trap
De andere technische oplossing om
hoge aanvoertemperaturen met het
koelmiddel R 407 C te halen, bestaat
erin, in het gewijzigd koudecircuit
een trap met dampinjectie toe te
voegen.
Bij deze methode – ook EVI-cyclus
(Eng. Enhanded Vapour Injection)
genoemd – wordt na de condensor
volgens de behoefte een kleine hoeveelheid
koelmiddel afgetapt via een
magneetklep. Dit vloeibare maar onder
hoge druk staande koelmiddel
wordt in een expansieklep op de injectiedruk
ontspannen en wordt in
een afzonderlijke warmtewisselaar
verdampt. Uit de afzonderlijke warmtewisselaar
wordt het verdampte
koelmiddel naar de compressor geleid,
waar het direct in het samendrukkingsproces
wordt geïnjecteerd
(afbeelding 44).

Een warmtepomp met een EVIcyclus
werkt bijna zoals een gewone
warmtepomp. Pas bij hoge warmtebehoeften
of hoge temperaturen tot
65 °C wordt de dampinjectie toegepast.
Door de dampinjectie wordt
dan het vermogen en daarmee ook
het rendement duidelijk verhoogt tot
een vergelijkbaar niveau aan dat van
het gebruikelijk kringproces. De elektrische
energie die nodig is voor het
aandrijven van de compressor, is
voor het proces met EVI aanzienlijk
lager dan voor een theoretisch
vergelijkbare compressor zonder
dampinjectie.
Afbeelding 45 toont het "log p-h-diagram"
van de EVI-cyclus met koelmiddel
R 407 C (ter vergelijking is
ook het gebruikelijke warmtepompproces
afgebeeld in stippellijn). Door
de geïnjecteerde damp wordt het
koelmiddel gekoeld. De drukval die
in principe ontstaat door de afkoeling
van het medium, wordt hierbij volledig
door de geïnjecteerde hoeveelheid
koelmiddel gecompenseerd,
waardoor de lijn van punt (4) naar (5)
horizontaal loopt.
Door de koeling kan het koelmiddel
sterker worden samengedrukt zonder
de maximaal toelaatbare temperatuur
in de compressor te overschrijden.
Daardoor worden bij het binnengaan
van het dampgebied hogere
temperaturen bereikt. Gelijktijdig
wordt door het extra geïnjecteerde
koelmiddel het massadebiet verhoogd,
wat leidt tot een grotere
warmteafgifte aan het systeem.
Dit proces is bijzonder doeltreffend
bij lucht/water-warmtepompen van
dit type, bijv. Vitocal 350, Type
AWI/AWO. Omdat zelfs bij een buitenlucht
van -15 °C een temperatuurval
van 80 K tot stand wordt gebracht,
kan ook bij een –15 °C een
aanvoertemperatuur van 65 °C
worden gegarandeerd.
Toepassing van warmtepompen
Warmteafgifte
(aan het verwarmingssysteem)
Expansieklep
Warmtetoevoer
(omgeving)
Condensor
Verdamper
Afbeelding 44: Werkingsschema van een compressiewarmtepomp met EVI-cyclus
Druk p absoluut [bar]
Afzonderlijke
warmte- 4
wisselaar
50
40
30
20
10
5
4
3
2
1
Vloeibaar
1
–30°C
–40°C
Expansie
–20°C
2 3
Magneetklep
Capillairbuis
Dampinjectie
(EVI)
50 100 150 200 250 300 350 400 450
Enthalpie h [kJ/kg]
7
40°C
50°C
60°C
1
5
1
0°C
–10°C
Damp
10°C
30°C
20°C
Compressor
Afbeelding 45: Werkingsschema van een compressiewarmtepomp met EVI-cyclus(Een animatie
van de werking van het proces is te vinden op www.viessmann.de/waermepumpen)
70°C
Condensatie
Verdamping
1-traps WP zonder EVI, Typ AW: A –15°C / W 45°C
1-traps WP met EVI, Typ AWH: A –15°C / W 65°C
1 – 2 Verdamping
2 – 3 Oververhitting
3 – 4 Compressie
4 – 5 Koeling via EVI
5 – 6 Compressie
6 – 7 Condensatie
7 – 1 Expansie
2
2
3
3
5
Compressie
80°C
ververhitte
damp
4
4
100°C
6
120°C
140°C
zonder EVI:
de vereiste
compressie leidt
tot een ontoelaatbaar
hoge
temperatuur
EVI
31

4.1.2 Vitocal 350 – uitgebreid
toepassingsgebied
Vanwege de hogere aanvoertemperatuur
ten opzichte van gewone
warmtepompen, kunnen ook verwarmingssystemen
met een aanvoertemperatuur
van 65 °C worden bediend.
Hierdoor wordt het mogelijk
warmtepompen ook voor renovatie
in te zetten. Ook bij systemen die
oorspronkelijk voor hogere aanvoertemperaturen
werden gebouwd. De
reden is dat de radiatoren meestal
zeer ruim gedimensioneerd werden
en bij de renovatie intussen dubbele
beglazing werd voorzien, evenals
extra isolatie, waardoor de warmtebehoefte
beduidend lager ligt.
Daarom zijn – wanneer de oorspronkelijke
verwarmingsvlakken worden
behouden – de hogere aanvoertemperaturen
(bijv. 90 °C) niet meer nodig
en kunnen vaak worden verlaagd
naar 65 °C, zonder aan comfort te
moeten inboeten (afbeelding 46).
In dit geval kan een warmtepomp
met EVI-cyclus bij systemen die oorspronkelijk
voor 90/70 °C werden gebouwd,
het hele jaar door de nodige
warmte leveren en via de radiatoren
in de vertrekken verdelen.
Warmtepompen zoals de Vitocal 350
(afbeelding 47) met dampinjectie
bereiken aanvoertemperaturen tot
65 °C en tapwatertemperaturen van
58 °C. Hierdoor kunnen verwarmingssystemen
die werden gebouwd
voor 65/55 °C ook met het
koelmiddel R 407 C bediend worden,
zonder dat het jaarrendement zakt
onder 3.
Hierdoor biedt de Vitocal 350
warmtepomp een bijzonder hoog
tapwatercomfort.
32
Toepassing van warmtepompen
Aanvoertemperatuur [°C]
90
80
70
65
60
55
50
40
30
20
10
E
D
C
B
A
–14 –10 –2 0 +2 +10 +14
Buitentemperatuur t A [°C]
A max. aanvoertemperatuur warm water = 35 °C
max. aanvoertemperatuur warm water = 55 °C
C max. aanvoertemperatuur warm water = 65 °C
D max. aanvoertemperatuur warm water = 75 °C
E max. aanvoertemperatuur warm water = 90 °C
F Temperatuur die door een warmtepomp zonder EVI
kan worden geleverd aan een verwarmingssysteemmax.
G Temperatuur die door een warmtepomp met EVI
kan worden geleverd aan een verwarmingssysteem
B
Afbeelding 46: Uitbreiding van het toepassingsgebied van warmtepompen
met dampinjectie (EVI-cyclus)
De Vitocal 350 warmtepomp is zo
doeltreffend dat ze het hele jaar door
als enige warmtebron voor verwarming
en tapwater kan worden ingezet
(monovalente werking). Bovendien
is ze dankzij de scrollcompressor
niet alleen zeer betrouwbaar
maar ook uitermate stil.
Naargelang het ontwerp van het systeem,
kan de geïntegreerde regelfunctie
"Natural cooling" worden gebruikt.
Meer bepaald: de lage temperatuur
van de aarde of van het grondwater
in de zomer kunnen ook voor
het koelen van het gebouw worden
gebruikt. Hiermee is de Vitocal 350
ideaal geschikt om uw gebouwen
met de natuur op te warmen en af te
koelen.
Afbeelding 47: Vitocal 350 met aanvoertemperatuur
tot 65 °C
F
G

4.2 Warmtepompen in laagenergiewoningen
en passiefhuizen
4.2.1 Laagenergiewoningen
Door de voortdurend stijgende
bouwstandaarden en de trend om de
verwarmingsinstallaties dichterbij de
woonruimten te plaatsen, wordt
meer en meer beroep gedaan op
compacte toestellen. Typische monovalente
of mono-energetisch aangedreven
warmtepompsystemen zijn
compacttoestellen die speciaal werden
ontwikkeld voor laagenergiewoningen.
Hierbij gaat het om volledige
systeemoplossingen die een warmtepomp
(een elektrische compressiewarmtepomp),
een warmwaterboiler
en alle andere componenten samenbrengen
ter grootte van een koelkast
met diepvriezer (afbeelding 48).
4.2.2 Vitocal 343
Bij de compacte verwarmingscentrale
Vitocal 343 (afbeelding 48) bevindt
zich de bodem/water-warmtepomp,
de zonneboiler met een inhoud van
250 liter, de circulatiepompen voor
sole, m.a.w. de verwarming en een
optimaal zonnecircuit net als alle
hydraulische aansluitingen en de
regeling op een grondvlak van 600 x
670 mm. Met 6,1 tot 9,7 kW vermogen
halen deze warmtepompen aanvoertemperaturen
tot 60 °C.
Voor hogere aanvoer- of tapwatertemperaturen
kan een geïntegreerde
elektrische weerstand het water tot
70 °C verwarmen.
4.2.3 Vitocal 200
De Vitocal 200 bodem/water-warmtepomp
(afbeelding 49) in de vermogencategorie
van 6,1 tot 9,7 kW garandeert
het hele jaar door een comfortabele
warmtevoorziening met
monovalente werking. De maximale
aanvoertemperatuur van 60 °C is geschikt
voor het gebruik van radiatoren.
De regeling maakt ook de integratie
van twee verwarmingscircuits
mogelijk en biedt bovendien de
"Natural cooling" functie.
Toepassing van warmtepompen
Afbeelding 48: Vitocal 343 – Compacte verwarmingstoren voor laagenergiewoningen
Afbeelding 49: Vitocal 200 bodem/water-warmtepomp
33

4.2.4 Passiefhuizen
In overeenstemming met de bijzondere
eisen van passiefhuizen, worden
analoge systeemoplossingen
ook voor deze gebouwen aangeboden.
Omdat in passiefhuizen een
gecontroleerde woonverluchting absoluut
noodzakelijk is vanwege hun
bouw, wordt in compacttoestellen
voor passiefhuizen een afvoerlucht/
water-warmtepomp gecombineerd
met een gecontroleerde woonverluchting.
De geïntegreerde warmtepomp gebruikt
dat deel van de warmte van de
afvoerlucht dat niet kan worden teruggewonnen
door de verluchting en
gebruikt deze warmte voor de naverwerming
van de aanvoerlucht of
voor tapwaterverwarming. Deze toestellen
kunnen bijkomend ook nog
worden aangesloten op een zonnesysteem
voor ondersteuning van de
tapwaterverwarming of aan een conventionele
waterverwarming met
een pomp, bijvoorbeeld voor een
vloerverwarmingssysteem (afbeelding
50).
Een dergelijk compacttoestel staat
bijvoorbeeld in de kelder van een
passiefhuis in Herzhausen (afbeelding
51) aan het Edermeer en is
sinds de zomer van 2002 in werking.
Dit toestel verwarmt een oppervlakte
van 180 m 2 en een volume van ongeveer
450 m 3 . Vanwege de compacte
afmetingen van het toestel is de opstelruimte
met een oppervlakte van
3m 2 meer dan voldoende (afbeelding
52). In deze technische kamer lopen
ook alle buizen van het verluchtingssysteem
samen en ze worden er aangesloten
op het toestel.
De voordelen van dit toestel liggen in
de compacte bouw, waarmee het inbrengen
van de warmtepomp en de
warmwaterboiler in een keer mogelijk
is. Bovendien zijn de compacttoestellen
volledig voorgemonteerd in
de fabriek, wat de montage vereenvoudigt
en de installatiekosten beduidend
verlaagt.
34
Toepassing van warmtepompen
Luchtaanvoer
Slaapkamer
Buitenlucht
Zonnecollectoren
Badkamer
Luchtaanvoer
Woonkamer Keuken Kinderkamer
Afgezogen lucht
Vitotres 343
Buitenlucht
(Filter
Klasse F7)
Afbeelding 50: Systeemuitvoering van het Vitotres 343 compacttoestel voor passiefhuizen
Afbeelding 51: Passiefhuis in Herzhausen,
Edermeer
Buitenlucht
warmtepomp
Afbeelding 52: Vitotres 343 in het passiefhuis
in Herzhausen, Edermeer

4.2.5 Vitotres 343
De Vitotres 343 compactverwarmingscentrale
van Viessmann (afbeelding
53) is speciaal voor passiefhuizen
gebouwd. Als systeemoplossing
voor dit type gebouw combineert
de Vitotres 343 een afvoerlucht/water-warmtepomp
met een
gecontroleerde woonverluchting en
een warmwaterboiler.
Het nieuw ontwikkelde verluchtingstoestel
met warmteterugwinning tot
max. 93% voorziet de woonruimte
via een buizensysteem met frisse
lucht en zuigt de gebruikte lucht af
uit de keuken en de badkamer. Hierbij
gebruikt de warmtepomp (1,5 kW
vermogen) dat deel van de warmte
uit de afgezogen lucht dat niet kan
worden teruggewonnen en gebruikt
deze warmte voor de naverwarming
van de luchtaanvoer of voor tapwater-verwarming
(afbeelding 54).
Wanneer het ingestelde luchtvolume
onvoldoende is (bijv. lager verbruik ’s
nachts) om het nodige warmtevermogen
op te wekken, dan wordt automatisch
een bepaalde hoeveelheid
buitenlucht aangezogen.
Bijkomend kan aan de Vitotres 343
ook een zonnesysteem wordt aangesloten
ter ondersteuning van de
tapwaterverwarming. Op extreem
koude dagen met een grote warmtebehoefte,
staat een geïntegreerde
elektrische weerstand in voor de
warmtevoorziening.
Toepassing van warmtepompen
Afbeelding 53: Vitotres 343 – Compacte systeemtoren voor passiefhuizen
Afbeelding 54: Warmterecuperatie-eenheid
met ventilator en bypass-eenheid
Afbeelding 55: Menugestuurde regeling CD 70
35

4.3 Warmtepompen voor grotere
gebouwen
De positieve ontwikkelingen sinds de
jaren '90 van de warmtepompmarkt
in Duitsland betreft bijna uitsluitend
warmtepompen met een laag vermogen.
Zo worden ze overwegend geïnstalleerd
in een- en tweegezinswoningen.
Daarom zou men de indruk
kunnen krijgen dat warmtepompen
enkel geschikt zijn voor kleinere gebouwen
met een relatief lage warmtebehoefte.
In principe kunnen
warmtepompen ook grotere vermogens
leveren, indien ze hiervoor worden
gebouwd. Deze systemen kunnen
het hele jaar door als enige
warmtevoorziening warmte leveren
voor verwarming en bereiding van
warm water voor industriegebouwen,
hotels, ziekenhuizen, scholen
en meergezinswoningen.
Voor grotere gebouwen worden de
zogenaamde middelgrote warmtepompen
ingezet, met vermogens tussen
ca. 20 en 200 kW. Dat warmtepompen
met een relatief bescheiden
vermogen van 20 kW reeds tot de categorie
middelgrote warmtepompen
behoren, ligt eerder aan het feit dat
ze minder worden ingezet dan in landen
als Zweden en Zwitserland. Zo
legt de Zwitserse federale dienst
voor energie (BFE) de ondergrens
voor middelgrote warmtepompen op
50 kW. In de noordelijke landen zoals
Zweden begint men te spreken van
een warmtepomp met middelgroot
vermogen vanaf 100 kW. Daarvoor
zijn dan ook talrijke installaties met
grote warmtepompen in werking,
met vermogens in megawatt (afbeelding
57).
36
Toepassing van warmtepompen
Afbeelding 56: Warmtepomp met middelgroot vermogen: Vitocal 300 (39,6 tot 106,8 kW)
Afbeelding 57: Zes Vitocal 300 water/water-warmtepompen leveren samen 640 kW vermogen
in een buurtverwarmingsinstallatie voor huizen in Zweden.

4.3.1 Warmtepompen met twee
compressoren
Typische middelgrote warmtepompen
bestaan uit twee compressietrappen
met elektrisch aangedreven
compressoren. In de afgebeelde Vitocal
300 (afbeelding 56) werken twee
compressormodules met hetzelfde
vermogen parallel naast elkaar. Dit
heeft het voordeel dat bij kleine
warmtebehoefte een module kan
worden uitgeschakeld. In de eerste
trap geeft de warmtepomp de helft
van haar vermogen af. Om het volledig
vermogen te halen, schakelt de
regeling automatisch de tweede trap
in. Door beide afzonderlijke compressormodules
is bovendien een hoge
bedrijfszekerheid gewaarborgd. Indien
een van de modules uitvalt, dan
kan de andere module nog een gedeeltelijke
belasting van 50% leveren
(afbeelding 58).
Bij de Vitocal 300 warmtepomp
wordt door de geïntegreerde regeling
een gelijkmatige looptijd gerealiseerd,
zodat beide compressoren
hetzelfde aantal uren presteren.
Om nog grotere vermogens te halen,
kunnen meerdere afzonderlijke
warmtepompen met elkaar verbonden
worden via de aanvoer- en de
retourcircuits (afbeelding 59). Zoals
bij de cascadeschakeling van verwarmingsketels
ligt ook hier het voordeel
in de duidelijk hogere bedrijfszekerheid
van de hele installatie.
4.3.2 Vitocal 300 voor grote
vermogens
De Vitocal warmtepomp bereikt door
de tweetrapsuitvoering een warmtevermogen
tot 106,8 kW en is geschikt
voor de warmtebronnen grondwater
en bodem. Hiermee kan deze worden
afgestemd op elke behoefte en aan
alle eisen. De modulaire opbouw op
basis van twee afzonderlijke compressiecircuits
zorgt voor een bijzonder
hoge efficiëntie bij gedeeltelijke
belasting.
Toepassing van warmtepompen
Condensor
Expansieklep
Compressor
Warmteafgifte
(aan het verwarmingssysteem)
Wateraanvoer
Warmtetoevoer
(Omgeving)
Condensor
Expansieklep
Verwarmingsretour
Verdamper Verdamper
Afbeelding 58: Vereenvoudigd werkingsschema van de parallelle bouw
van de twee compressortrappen
Verwarmingscircuit
M
M
Verwarmingscircuit
vloerverwarming
Warmtepomp Warmtepomp Warmtepomp Buffer
Afbeelding 59: Voorbeeld van een installatie aan de secundaire kant
voor een warmtepompcascadeschakeling
Compressor
37

4.4 In aanmerking komen
warmtepompen volgens
de energiespaarverordening (EPB)
De energiespaarverordening beperkt
de maximaal toelaatbare primaire
energiebehoefte van nieuwe gebouwen.
Hierbij kan hetzij de isolatie van
het gebouw (reductie van de warmtebehoefte)
en/of de installatietechniek
(reductie van het verbruik) geoptimaliseerd
worden.
De EPB die sinds 1 januari in Vlaanderen
in voege is, beperkt de maximaal
toelaatbare primaire energiebehoefte
van de nieuwe gebouwen.
Hierbij kan hetzij de isolatie van het
gebouw (reductie van de warmtebehoeften)
en/of de installatietechniek
(reductie van het verbruik) geoptimaliseerd
worden.
In vergelijking met de lagetemperatuur
of condensatietechniek treft
men bij warmtepompen een aanzienlijk
lager verbruik aan. Zo heeft het
WTBC simulaties uitgevoerd waaruit
duidelijk bleek dat warmtepompen
15 E-punten beter scoorden dan een
condensatieketel en 20 E-punten dan
een lagetemperatuurketel, dit in een
woning met vloerverwarming.
Door het gebruik van de omgevingsenergie
ligt de verhouding tussen het
energie-verbruik en de nuttig opgewekte
energie duidelijk onder 1.
Alle Vitocal warmtepompen van het
Vitotec-programma voldoen aan dit
criterium.
38
Toepassing van warmtepompen
2 K
NT
Vloerverwarmings-
systeem
Bodem
ep = 1,68
qp = 138,4 kWh/(m2 · a)
ep = 1,04
qp = 85,8 kWh/(m2 Lagetemperatuurketel Bodem/water-warmtepomp
· a)
Δ 52,6 kWh/(m 2 · a)
A/V e = 0,9; A N = 200 m 2 ; q h = 70 kWh/(m 2 · a); q pzul. = 127,4 kWh/(m 2 · a)
Afbeelding 60: Primair energetisch voordeel van warmtepompen
Water
Vloerverwarmingssysteem
WP
e p = 0,86
q p = 71,2 kWh/(m 2 · a)
Bodem
e p = 0,97
q p = 80,0 kWh/(m 2 · a)
A/V e = 0,9; A N = 200 m 2 ; q h = 70 kWh/(m 2 · a); q pzul. = 127,4 kWh/(m 2 · a)
Afbeelding 61: Invloed van de warmtebron
Vloerverwarmingssysteem
WP
Lucht
WP
Vloerverwarmingssysteem
WP
e p = 1,25
q p = 103,4 kWh/(m 2 · a)

4.4.1 Invloed van de warmtebron
op de investeringskosten van de
installatie
Voor het gebruik van omgevingswarmte
staan grond, water en omgevingslucht
ter beschikking als warmtebronnen.
De zonne-energie die in
de bodem wordt opgeslagen kan benut
worden hetzij via bodem-collectoren
met een groot horizontaal oppervlak,
hetzij via loodrechte aardsondes
met een diepte van 80 tot
100 m of nog meer. Als warmtedrager
wordt daarbij glycolwater
ingezet (een mengsel van water en
antivriesmiddel).
De invloed van verschillende warmtebronnen
op de energie-efficiëntie
van het verwarmingstoestel en dus
van de hele installatie en het primaire
energieverbruik, wordt weergegeven
op afbeelding 61.
Vanwege de relatief constante grondwatertemperatuur
heeft de water/
water-warmtepomp de beste energie-efficiëntie.
De verschillende randvoorwaarden
van de warmtebronnen
hebben geleid tot verschillende normen:
Voor grondwater als bron
wordt uitgegaan van 10 °C, voor
grond van 0 °C en voor lucht van
2 °C.
Het gebruik van de omgevingslucht
als warmtebron kan vaak geen monovalente
werking zekerstellen gedurende
het hele jaar, waardoor dergelijke
toestellen over het algemeen de
mogelijkheid hebben elektrisch na te
verwarmen (bijvoorbeeld op afbeelding
61, met 5% van de warmtebehoefte).
Dit leidt tot een wat hogere
verbruik tot nuttige warmte verhouding,
maar de investering is alleszins
kleiner omdat noch aardsondes noch
putten nodig zijn.
Toepassing van warmtepompen
Vloerverwarmingssysteem
WP
WW zonder circulatie
Bodem
e p = 0,97;
q p = 80,0 kWh/(m 2 · a)
Vloerverwarmingssysteem
WP
WW met circulatie
Bodem
e p = 1,04;
q p = 85,7 kWh/(m 2 · a)
A/V e = 0,9; A N = 200 m 2 ; q h = 70 kWh/(m 2 · a); q ptoel. = 127,4 kWh/(m 2 · a)
Vloerverwarmingssysteem
WP
DLE
Kleine
boiler
WW decentraal elektrisch
Bodem
e p = 1,28;
q p = 105,3 kWh/(m 2 · a)
q ptoel. = 140,7 kWh/(m 2 · a),
vanwege decentraal elektrisch
Afbeelding 62: Vergelijking van de varianten van de tapwaterverwarming voor warmtepompen
4.4.2 Decentrale elektrische
tapwaterverwarming
In combinatie met een warmtepomp
wordt vaak een centrale of decentrale
tapwaterverwarming overwogen.
Omdat warmtepompen zo nauwkeurig
mogelijk gebouwd worden volgens
de verwarmingsbehoefte, om
de investeringskosten te beperken, is
voor een centrale tapwaterverwarming
in vergelijking met de conventionele
verwarmingstoestellen een
beduidend grotere opslagcapaciteit
vereist (dagbehoefte). Enkel op die
manier kan een voldoende grote
hoeveelheid water worden bereid en
de naverwarming van de voorraad
verlegd worden naar 's nachts (aan
een goedkoper nachttarief) (zie ook
hoofdstuk 3.5).
Alternatief bestaat ook de mogelijkheid
het tapwater met behulp van
een kleine elektrische boiler of doorstroomverwarmer
direct aan de
kraan decentraal te verwarmen.
Afbeelding 62 vergelijkt de oplossingen:
Hierbij wordt ook duidelijk dat
het afzien van een circulatieleiding
een behoorlijke reductie van de primaire
energiebehoefte met zich mee
brengt.
De decentrale tapwaterverwarming
met doorstroomverwarmers of kleine
elektrische boilers verhoogt de primaire
energiebehoefte. Maar ook deze
oplossing is goedgekeurd door de
EPB, temeer dat voor deze vorm van
tapwaterverwarming verscherpte eisen
van kracht zijn voor het primair
energieverbruik.
39

4.5 Rendabiliteit van warmtepompen
Voor alle warmtepompen geldt:
Hoe kleiner het temperatuurverschil
tussen het verwarmingswater en de
omgeving, hoe hoger de efficiëntie.
Daarom zijn warmtepompen uitermate
geschikt voor verwarmingssystemen
op een lage temperatuur,
zoals bijvoorbeeld vloerverwarmingssystemen
met een aanvoertemperatuur
van max. 38 °C.
Moderne elektrische warmtepompen
halen afhankelijk van de gekozen
warmtebron en de temperatuur van
het verwarmingssysteem een rendement
van 3,5 tot 5,5. Dit betekent dat
voor elke kWh verbruikte stroom 3,5
tot 5,5 kWh warmte geleverd wordt.
Daardoor wordt het ecologisch
nadeel dat door het gebruik van
netstroom ontstaat (rendement van
een centrale rond 35%), meer dan
gecompenseerd. Om een rendabele
werking van een warmtepomp
mogelijk te maken, worden door de
meeste energie-leveranciers uitzonderlijke
stroomtarieven aangeboden.
Wanneer men een stroomprijs van
12 Ct/kWh hanteert, leidt dit bij een
gemiddeld rendement van 4 (jaarrendement)
tot werkingskosten van
3,0 Ct per kWh geproduceerde
warmte. Dit is lager dan de werkingskosten
voor conventionele verwarmingsinstallaties
(stookolie: ca.
6,0 Ct/kWh; aardgas: ca. 5,6 Ct/kWh).
Bovendien komen er minder kosten
bij kijken voor wat betreft onderhoud
en nazicht.
40
Toepassing van warmtepompen
Elektrische
verwarming
Olieverwarming
Gasverwarming
Elektrische WP
Voor de nieuwbouw heeft de monovalente
onderbreekbare werking
reeds haar bestaansrecht bewezen.
De warmtepomp is in staat de warmtebehoefte
het hele jaar door te
dekken en de onderbrekingstijden
belemmeren de goede werking niet,
omdat bijv. een vloerverwarming,
dankzij haar inherente opslagcapaciteit,
de onderbrekingen zonder
merkbare temperatuurveranderingen
overbrugt (indien de buffer zinvol
geoptimaliseerd is voor de looptijd).
Voor bestaande gebouwen dient de
bivalente werkwijze zich aan, omdat
in de regel reeds een verwarmingstoestel
voorhanden is, dat verder kan
worden gebruikt om de pieken op te
vangen tijdens de koude winterdagen
met de vereiste aanvoertemperaturen
boven 55 °C, tenzij warmtepompen
worden ingezet met aanvoertemperaturen
van 65 °C.
Primaire energie Eindenergie Nuttige energie
Centrale
Elek.
294% 100% verw.
100%
η = 0,34
η = 1,0
121%
119%
101%
194%
Raffinaderij
η = 0,89
Gastoevoer
η = 0,93
Centrale
η = 0,34
14% 11%
111%
8% 11%
67%
111%
34%
Afbeelding 63: Energieomzettingsketen (volgens ASUE)
Olieverwarming
η = 0,9
Gasverwarming
η = 0,9
Elektr.
WP
ε = 3
66%
winst
100%
100%
100%
Indien de warmtepomp zonder
onderbreking wordt aangedreven,
wordt geen speciale prijs aangeboden.
In dat geval wordt het verbruik
samen met het huishoudelijk of
commercieel verbruik afgerekend.
Wat de investering betreft, moet
men ten opzichte van conventionele
verwarmingsinstallaties voor een
eengezinswoning met meerkosten
van ca. 5000 tot 6000 € rekening
houden, indien men de bouwbesparingen
in beschouwing neemt
(geen schoorsteen, geen olieketel
of gasaansluiting).
Van alle op de markt aanwezige verwarmingssystemen
is de elektrische
warmtepomp momenteel de meest
ecologische, zoals afb. 63 aantoont.
Zelfs wanneer stroom gebruikt wordt
uit de conventionele energiemix,
wordt de laagste hoeveelheid primaire
energie verbruikt in verhouding
tot de nuttige warmte.

4.6 Installatie en werking
In tegenstelling tot andere hernieuwbare
energiebronnen, zoals zonne- of
windenergie, staat de omgevingswarmte
het hele jaar door en de klok
rond ter beschikking. Vandaar ook
dat het in principe mogelijk is met
een warmtepomp de volledige
warmtebehoefte van een huis (verwarming
en warm water) monovalent,
dit wil zeggen zonder andere
warmtebronnen, met zekerheid te
dekken. Een warmtepomp is daarom
een echt alternatief voor een conventionele
verwarming (afbeelding 64).
Buiten de integratie van het verwarmingscircuit
(aanvoer, retour) en van
het primaire circuit (bijv. bodemaanvoer
en –retour) net als een 3-fasige
stroomaansluiting, zijn geen andere
installatiewerkzaamheden nodig.
Voor de combinatie van tapwaterverwarming
en verwarming staan systemen
ter beschikking die zijn afgestemd
op de warmtepompregeling
en een optimale omschakeling waarborgen
tussen beide afnemers (afbeelding
65).
De werkzaamheden die eventueel
nodig zijn voor het installeren van
het primaire circuit (bijv. de sondeboring,
de plaatsing van de bodemcollector,
het aanleggen van de grondwaterputten)
worden door gespecialiseerde
ondernemingen uitgevoerd
die het vereiste warmtevermogen
garanderen.
Warmtepompen die gebruik maken
van de omgevingslucht, zijn bijzonder
eenvoudig te installeren.
De D-A-CH, een grensoverschrijdende
onafhankelijke organisatie in
Duitsland, Oostenrijk en Zwitserland,
reikt een kwaliteitslabel uit voor
warmtepompen, dat borg staat voor
de vervulling van de vastgelegde en
gecontroleerde vereisten inzake veiligheid,
efficiëntie, geluidsemissies
en klantenservice.
Toepassing van warmtepompen
Afbeelding 64: Bodem/water-warmtepomp en warmwaterboiler
Afbeelding 65: Divicon verwarmingscircuit
voor warmtepompen
41

4.6.1 Bouw
Bij monovalent gebruik moet de
warmtepomp als enig verwarmingstoestel
de totale warmtebehoefte
dekken van het gebouw, conform
EN 12831 (vroeger DIN 4701).
4.6.2 Toevoeging voor tapwaterverwarming
Voor de gebruikelijke woningbouw
wordt uitgegaan van een maximale
warmtebehoefte van ca. 50 liter per
persoon per dag op ca. 45 °C. Hieruit
volgt een bijkomend warmtevermogen
van 0,25 kW per persoon bij een
opwarmtijd van 8 h.
De precieze schatting van het bijkomend
vermogen en de plaatsing van
de warmtepomp verloopt volgens
DIN 4708 deel 2 (tabel 3).
42
Toepassing van warmtepompen
Tabel 3: Richtgetal voor de warmtebehoefte
Warmwaterbehoefte Specifieke nuttige Aanbevolen toebij
warmwatertempera- warmte voeging voor
turen van 45 °C tapwaterverwarming
[liter/dag per persoon] [Wh/dag per persoon] [kW/persoon *1 ]
Lage behoefte 15 tot 30 600 tot 1200 0,08 tot 0,15
Normale behoefte *2
of
30 tot 60 1200 tot 2400 0,15 tot 0,30
Bij referentietempera- Specifieke nuttige Aanbevolen toetuur
van 45 °C warmte voeging voor
tapwaterverwarming
[Wh/dag per persoon] [kW/persoon *1 ]
Etagewoning
(afrekening na
verbruik) 30 ca. 1200 ca. 0,15
Etagewoning
(All-in afrekening) 45 ca. 1800 ca. 0,225
Eengezinswoning *2
middelmatige
behoefte) 50 ca. 2000 ca. 0,25
*1 Bij een opwarmtijd van de boiler van 8 uur
*2 Indien de effectieve warmwaterbehoefte de aangegeven waarde overstijgt, moet een hoger
bijkomend vermogen worden gekozen.

4.7 Subsidie
Zowel bij nieuwe als bij oude
gebouwen wordt het inbouwen van
energiebesparende technieken als
zonneinstallaties en warmtepompen
met talrijke steunmaatregelen aangemoedigd.
Op de Viessmann website
(www.viessmann.be) worden voor
een aantal streken en/of toestelcombinaties
de van kracht zijnde
steunmaatregelen voortdurend
geactualiseerd.
Bovendien bestaan andere steunmaatregelen
via kredieten met lage
rente en nationale en provinciale
tegemoetkomingen.
Ook stroomleveranciers bieden
steunmaatregelen aan in de vorm
van tegemoetkomingen en gunstige
stroomtarieven voor het aandrijven
van een warmtepomp.
5 Samenvatting
Moderne elektrische warmtepompen
zijn vandaag een uitermate ecologische
manier van verwarmen. Door
progressieve regelsystemen, efficiënte
scrollcompres-soren en volledig
ontwikkelde serie-productie, zijn
warmtepompen in staat tot vijf keer
meer warmte te produceren dan ze
stroom verbruiken. Warmtepompen
kunnen een gebouw monovalent,
dus zonder bijkomende warmtebron,
volledig voorzien van warmte en
warm water.
De werkingskosten liggen beduidend
lager dan die van een conventioneel
verwarmingstoestel, wat in combinatie
met steunmaatregelen de hogere
investeringen over de levensduur
compenseert.
Wat betreft veiligheid en betrouwbaarheid
voldoen ze, in tegenstelling
tot vroeger, aan de hoogste eisen.
Toepassing van warmtepompen
Afbeelding 66: Warmtepompinstallatie
43

Wandtoestellen
met stook- en condensatie-techniek
op stookolie en gas
Regeneratieve energiesystemen
voor
gebruik van omgevingswarmte,zonne-energie
en duurzame
grondstoffen
Technische wijzigingen voorbehouden
9448 783 BE/fl 07/2007
Verwarmingssysteem-componenten
van de brandstofopslag
tot de radiatoren
en vloerverwarmingssystemen
Het Viessmann
centrum in
Allendorf met het
bedrijfs-museum
"Via Temporis"
Condenserende en
nietcondenserende
vloerketels op
stookolie en gas
Warmte comfortabel, zuinig en
milieuvriendelijk te produceren en
deze volgens de behoeften beschikbaar
te stellen, is sinds drie generaties
de missie van het familiebedrijf
Viessmann. Met een groot aantal uitstekende
product-ontwikkelingen en
oplossingen heeft Viessmann altijd
weer mijlpalen tot stand gebracht die
van de onderneming de technologische
voortrekker en impulsgever in
de hele branche hebben gemaakt.
Met het actuele totaalprogramma
biedt Viessmann zijn klanten een
programma in meerdere trappen,
met vermogens van 1,5 tot 20.500 kW:
vloer- of wandketels op stookolie of
gas, condenserend of nietcondenserend
evenals regeneratieve energiesystemen
zoals warmtepompen,
zonnesystemen en verwarmingsketels
voor duurzame grondstoffen.
Componenten voor de regeltechniek
en de gegevenscommunicatie behoren
eveneens tot het programma, net
als de volledige systeemperiferie tot
en met radiatoren en vloerverwarmingssystemen.
Met 12 fabrieken in Duitsland,
Oostenrijk, Frankrijk, Canada, Polen
en China, met verkoops-organisaties
in Duitsland en 35 andere landen en
met 119 verkoops-vestigingen is
Viessmann internationaal sterk vertegenwoordigd.
Verantwoordelijkheid voor het milieu
en de gemeenschap, eerlijkheid in de
omgang met de bedrijfspartners en
medewerkers evenals het streven
naar perfectie en de hoogste mate
van efficiëntie in alle bedrijfsprocessen,
zijn voor Viessmann de centrale
waarden. Dit geldt voor elke medewerker
en bijgevolg voor de hele onderneming,
die met haar producten
en bijkomende dienstverlening de
klanten het bijzondere gebruik en de
meerwaarde van een sterk merk
biedt.
De Viessmann verkoopkantoren:
1930 Zaventem - Tel.: 02 712 06 66
4841 Welkenraedt - Tel.: 087 31 31 64
8800 Roeselare - Tel.: 051 54 10 54
Viessmann Belgium bvba
Hermesstraat 14
1930 Zaventem (Nossegem)
Tel.: 02 712 06 66
Fax: 02 725 12 39
E-mail: info@viessmann.be
www.viessmann.com