Bewaak de kwaliteit van het systeemwater ook bij warmtepompen

Wat zijn de specifieke aandachtspunten in vergelijking met ketelinstallaties?

Wilt u ervoor zorgen dat de warmtepomp die u installeert het beloofde rendement haalt? Besteed dan de nodige aandacht aan de systeemdruk, de kwaliteit en de doorstroomsnelheid van het systeemwater. Omdat een warmtepomp in essentie een lagetemperatuuropwekker is, zijn hier soms andere componenten nodig dan bij een ketel.

Specifiek voor warmtepompen

Om een maximale efficiëntie van de warmtepomp te garanderen, dienen alle onderdelen van de installatie naadloos samen te werken.

Net zoals bij een ketel wordt er in een warmtepomp gebruik gemaakt van water als warmteoverdrachtsmedium. Bij een lucht-water warmtepompinstallatie is er een gesloten watercircuit tussen de warmte-opwekker en het afgiftesysteem. Bij water-water warmtepompen komt daar nog een extra gesloten watercircuit tussen de bron (bv. BEO-veld) en de warmte-opwekker bij.

Het is erg belangrijk om de systeemdruk, alsook de waterkwaliteit en de doorstroomsnelheid van het water in het systeem te bewaken.

Dat is ook zo bij een ketelinstallatie op gas of stookolie, maar met als grote verschil dat een warmtepomp:

• in essentie een lagetemperatuuropwekker is (al zijn er vandaag ook hogetemperatuurwarmtepompen op de markt);
• het efficiëntst presteert bij een kleine delta T (een klein verschil tussen de aanvoer en retour temperatuur).

Als gevolg van de lage delta T in warmtepompinstallaties, is er een relatief hoge volumestroom nodig (debiet = vermogen/delta T). Door de hogere debieten (aantal liter dat doorstroomt per seconde) zijn er bij voorkeur grotere diameters van de leidingen nodig.

En dat heeft een invloed op de componentkeuze.

Hoe systeemdruk behouden?

Voorzie een expansievat en veiligheidsventiel

Temperatuurverhogingen in installaties leiden tot een uitzetting van het watervolume, terwijl verlagingen zorgen voor een inkrimping. Die variaties veroorzaken volumeverschillen in de installatie en dienen opgevangen te worden.

In een warmtepompinstallatie is er net zoals bij een ketelinstallatie een expansievat en een veiligheidsventiel nodig om de druk in het systeem te bewaken.

Het expansievat, gevuld met gas, biedt extra expansievolume. Als de uitzetting hoger is dan het expansievolume dat het expansievat kan ontvangen, dan wordt het teveel aan druk als laatste redmiddel via het veiligheidsventiel afgelaten.

Het expansievat en het veiligheidsventiel worden dichtbij de warmteopwekker geplaatst. De juiste plaats van het expansievat is in de retourleiding van de installatie aan de zuigzijde van de circulatiepomp, terwijl het veiligheidsventiel op de vertrekleiding wordt geïnstalleerd.

Belangrijk is dat het expansievat (ook voor de bronzijde van de warmtepomp) steeds binnen wordt voorzien, aangezien die niet is bestand tegen de weersinvloeden.

Welk expansievat?

Expansievaten en veiligheidsventielen voor ketels kunnen ook gebruikt worden voor warmtepompinstallaties. De opbouw en het materiaal zijn hetzelfde.

Voor een correcte berekening van het expansievat zijn een aantal gegevens nodig:

• de totale waterinhoud van de installatie: de som van de waterinhouden van leidingen, convectoren, buffervat … nadat die geheel zijn gevuld en ontlucht: bv. 340 liter;
• het temperatuurregime: bv. 40/30 °C;
• de insteldruk van het veiligheidsventiel: bv. 3 bar;
• de statische hoogte: de hoogte van de installatie, tussen het aansluitpunt van het expansievat en het hoogste punt, gemeten in meters waterkolom (1 meter w.k. = 0,1 bar): bv. 8 meter.

Op basis hiervan wordt het expansievolume van het warmtemedium berekend. Zo vermeerdert het volume van water met 0,79% bij een temperatuurverhoging van 40 °C. Bij water met antivriesmiddel is de volumevermeerdering zelfs groter, maar dit dient na te worden gegaan op de technische fiche van het water/glycol mengsel.

Bij een temperatuurregime van 40 °C is er dus 2,69 liter extra nodig om de temperatuurstijging te verwerken (340 x 0,79 / 100). Volgens de norm EN 12828 wordt er nog een veiligheidsmarge van 0,5 % van de totale waterinhoud (met een minimum van 3 liter) bijgeteld om kleine waterverliezen te compenseren. In totaal komt men dus op een nettovolume van 5,69 liter.

Er dient tot slot ook rekening te worden gehouden met de voordruk in het expansievat (bv. 1,0 bar), de maximale systeemdruk (bv. 2,5 bar) en de atmosferische druk (1 bar). Via een formule ((max. systeemdruk + 1) - (voordruk + 1))/(max. systeemdruk + 1) wordt het volumerendement berekend: ((2,5+1) – (1,0+1)) / (2,5+1) = 0,43.

Om het gewenste volume van het expansievat te berekenen, deelt u het berekende expansievolume (5,69 liter) door het volumerendement (0,43). Er is met andere woorden een expansievat nodig van minstens 13,23 liter.

Hoe waterkwaliteit behouden?

Het geschikte vulwater

In de handleiding van een warmtepomp staat vermeld aan welke eisen het vulwater moet voldoen. Vaak worden er beperkingen opgelegd aan de hardheid, de geleidbaarheid, de helderheid en de zuurtegraad. Afhankelijk hiervan kunnen verschillende waterbehandelingsoplossingen worden gekozen, zoals het gebruik van chemische additieven, ontharding gevolgd door de toevoeging van een pH-buffer, volledige demineralisatie ...

Weg met lucht

De aanwezigheid van zuurstof, oftewel lucht, in een verwarmingsinstallatie is onvermijdelijk. Er zit altijd lucht opgelost in het water. Ook bij het opstarten, bijvullen of door microlekkages komt er lucht in de installatie.

Lucht is niet gewenst in een verwarmingsinstallatie. Lucht oxideert metaal, wat leidt tot roest, die de leidingen, componenten en radiatoren beschadigt, maar waardoor ook metaaldeeltjes door de installatie gaan zwerven die voor problemen kunnen zorgen in pompen, ventielen en regelkleppen.

Lucht isoleert ook en werkt als een rem op de warmteoverdracht en dus ook op het rendement van de installatie (wat nefast is in vloerverwarmingsinstallaties). Lucht kan bovendien ook voor storende geluiden (bv. door cavitatie) zorgen. Redenen genoeg dus om lucht in de installatie tegen te gaan.

Het is erg belangrijk dat uw installatie voorzien is van goede ontluchters en afscheiders, zowel aan de bronzijde als aan de afgiftezijde.

Vlotterontluchter

De belangrijkste functie van de vlotterontluchter is het evacueren van de lucht tijdens het vullen van de installatie. De ontluchter wordt gemonteerd op het hoogste punt van de installatie, in de wetenschap dat lucht stijgt. De aanwezige lucht wordt automatisch afgevoerd door de druk in de installatie. Eenmaal de installatie is opgevuld, haalt de ontluchter vrij drijvende luchtbellen uit de installatie.

Aan de bronzijde met een water-glycolcircuit wordt meestal een handbediende ontluchter geplaatst. Glycol kan immers kristalliseren in de naald van de automatische ontluchter en zo lekkages veroorzaken. Gaat het om een glycolvrij circuit dan geniet een automatische ontluchter de voorkeur.

Drukstapontgasser

Een microbellenluchtafscheider doet wat de vlotterontluchter niet kan, namelijk de microbellen uit de installatie verwijderen. Die zijn veel kleiner en moeilijker te vangen dan de vrij drijvende luchtbellen.

Het probleem bij een lagetemperatuuropwekker zoals een warmtepomp is dat conventionele luchtafscheiders minder goed bij lage temperaturen werken. De microbellen komen immers niet zo goed vrij bij lage temperaturen.

Een oplossing hiervoor is de drukstapontgasser, ook wel vacuümontgasser genoemd, die een vacuüm creëert. Deze verlaagt de druk van systeemwater tot ver onder de atmosferische druk, waardoor de opgeloste gassen vrijkomen en kunnen worden afgevoerd.

Microbelontluchters moeten bij voorkeur op het warmste punt in het systeem geplaatst worden. Bij een verwarming is dat het punt waar het systeemwater de warmteopwekker verlaat, maar aangezien een vacuümontgasser gebruik maakt van een vacuüm voor het verwijderen van opgeloste gassen is de positie minder belangrijk. Meestal worden vacuümontgassers op de retour geplaatst.

Het type ontgasser is o.a. afhankelijk van de systeemdruk (bv. ontgasser voor systemen tot 3 bar), en van de waterinhoud van het systeem (bv. ontgasser voor systemen tot 500 liter).

Ribbedebie vuil

Vuildeeltjes, zoals magnetiet, zand of cement, in een cv-installatie kunnen grote schade veroorzaken. Denk maar aan smalle doorgangen van warmtewisselaars die verstopt raken. En aan corrosie in de leidingen, warmtepomp en andere appendages. Daarom is de plaatsing van een vuilafscheider essentieel voor de werking en levensduur van de installatie.

Het installatiewater wordt afgeleid naar de vuilafscheider, die het vuil verwijdert via het bezinkingsprincipe. In sommige varianten zit er ook een magneet die ijzerhoudende vuildeeltjes uit het water trekt en vasthoudt in de vuilafscheider. Bijkomend zijn er soms ook nog vuilfilters voorzien op de leiding na de vuilafscheider om daar grotere vuildeeltjes op te vangen vanaf de eerste circulatie.

In huishoudelijke installaties zien we dat er vaak geen plaats is voor een traditionele vuilafscheider. Daarom bestaan er compacte magnetische vuilafscheiders die vlak onder de ketel gemonteerd kunnen worden.

In se zien vuilafscheiders voor warmtepompen er qua opbouw hetzelfde uit als die voor ketels. Wel zien we dat fabrikanten aanpassingen hebben doorgevoerd aan hun gamma vuilafscheiders om de interne weerstand van de vuilafscheiders tot een minimum te beperken. De hogere waterdebieten in de warmtepompinstallaties verhogen immers de weerstand van leidingen en componenten in vergelijking met traditionele verwarmingsinstallaties. Hoe minder weerstand o.a. de circulatiepomp moet overwinnen, hoe minder energie de installatie verbruikt.

Het wordt aangeraden om te kiezen voor magnetische vuilafscheiders met een vuilfilter, omdat deze hun reinigingstaak het beste uitvoeren. Door de hogere doorstroming en de lagere systeemtemperatuur zijn warmtepompinstallaties immers kwetsbaarder voor vuil.

Vuilafscheiders worden bij voorkeur daar geplaatst waar het systeemwater de verwarmings- of koelunit in gaat (retour) zodat het vuil wordt afgevangen voor het in de (gevoelige) systeemcomponenten terecht komt.

De geschikte vuilafscheider wordt gekozen op basis van de aansluitingsdiameter, het gewenste debiet en de maximale bedrijfsdruk.

Hoe een correct debiet garanderen?

Als er op de warmtepomp meerdere kringen zijn aangesloten, dan is het, met de hoge doorstroming (tot vier keer hoger dan in een ketelinstallatie) van een warmtepomp in het achterhoofd, lonend om:

• op elke kring een pompgroep te voorzien (of toch ten minste voor elke verdieping een aparte pompgroep te voorzien): zo kunt u per kring nauwkeurig het gewenste debiet instellen, en bent u zeker van de beste energiedistributie;
• elk afgifte-element statisch of dynamisch in te regelen: via o.a. inregelventielen, drukverschilregelaars.

Buffervat nodig?

Een buffervat is een opslagtank waarin het systeemwater zit. Die is aangesloten op de warmtepomp. Wanneer de warmtepomp warmte produceert, kan deze opgeslagen worden in het buffervat totdat het gebouw warmte nodig heeft. Het buffervat kan ook de warmte-afgifte van het gebouw opslaan, waardoor de warmtepomp niet zo snel hoeft aan te slaan.

Het gebruik van een buffervat verhoogt de efficiëntie van de warmtepomp. Het buffervat zorgt ervoor dat de warmtepomp minder moet schakelen (hoe minder schakelingen, hoe langer het toestel zal mee gaan) en kan bij sommige lucht-water warmtepompen dienen als energie-inhoud voor de ontdooifunctie.

De grootte van het buffervat is afhankelijk van het vermogen van de warmtepomp. Het is essentieel om de aanwijzingen van de fabrikant op te volgen.

Vergeet vorstbeveiliging niet

Monoblock warmtepompen moeten beschermd worden tegen vorst omdat het systeemwater door de buitenunit stroomt. In geval van technische panne of stroomuitval kan dat water bevriezen en vorstschade veroorzaken aan de buitenunit.

 Dat kan voorkomen worden door aan het systeemwater glycol toe te voegen. Geschikte glycolmengsels voor warmtepompen bevatten een combinatie van pH-buffers en corrosie-inhibitoren.

In plaats van met glycolmengsels te werken, kan de buitenunit ook beschermd worden met antivrieskleppen (of anders gezegd vorstbeveiligingskleppen).

Een vorstbeveiligingsklep heeft een voeler die is ondergedompeld in het systeemwater en meet de temperatuur van het systeemwater. Normaliter gaan de kleppen druppelsgewijs open bij 4 °C. Blijft de temperatuur verder dalen tot 3 °C, dan worden de leidingen volledig geledigd. De klep grijpt dus automatisch in om uitzetting van bevriezend water op te vangen en beschermt zo de warmtepomp tegen beschadigingen.

De vorstbeveiligingsklep moet buiten worden geïnstalleerd, daar waar de laagste temperatuur wordt bereikt in het geval de warmtepomp blokkeert. Ze moet uit de buurt van warmtebronnen worden geplaatst om een correcte werking te garanderen.

Er wordt zowel op de aanvoer- als op de retourleiding een vorstbeveiligingsklep geplaatst, om te voorkomen dat er restwater in de leiding achterblijft dat kan bevriezen.

Met dank aan Aalberts hydronic flow control, Caleffi, Fernox, RBM en Spirotech