Ontwerp van een warmtepomp
De woning die we vonden is een bungalow uit 1966, waar sinds de bouw niets aan veranderd is. Bij het ontwerp van de verbouwde woning hebben we geprobeerd rekening te houden met het ‘integrale’ energiebeheer. We hebben gezorgd dat gevels, dak, vloer en glas goed isolerend werden uitgevoerd. Ook wilden we minder ramen aan de noordzijde en veel ramen aan de zuid- en westzijde, zodat we gratis zonnewarmte binnenhalen. Voor de zonnepanelen is een voldoende groot schuin dak voorzien met de helling op het Zuidzuidoosten. Het schuine dak heeft een overstek, zodat de laagstaande winterzon naar binnen kan schijnen en de zomerzon wordt tegengehouden. Aan de West-zuidwestzijde zit ook een overstek, maar omdat die nogal hoog zit is het niet mogelijk daar de zomerzon mee af te schermen. Dit gaan we oplossen met loofbomen. Die de zon in de zomer tegenhouden en in de winter, als de blaadjes gevallen zijn, de zon redelijk doorlaten.
Voor de haalbaarheidsanalyse heb ik een warmtemodel gemaakt, een rechthoekige woning. Door wanden, vloer en dak stroomt warmte via geleiding van en naar buiten, het transmissieverlies. De woning bestaat alleen uit een begane grond (bungalow) en heeft vloerverwarming. Je wilt de woning op temperatuur houden en goed geventileerd. Daarom moet de warmteopwekking in de woning het transmissieverlies van de gebouwschil en het warmteverlies door ventilatie compenseren.
Berekeningen met het warmtemodel laten zien dat voor de verwarming van het huis een warmtepomp van 4kW voldoende is om het transmissieverlies bij -10°C te compenseren. Temperaturen onder de -10°C komen zelden voor. Ventilatie zorgt voor extra warmteverlies. Het blijkt dat als je volgens het bouwbesluit ventileert op die koude winterdag ook nog eens 4kW aan warme lucht naar de buitenlucht verdwijnt. Met een warmteterugwin-installatie (WTW) kan tot zo’n 95% van dit verlies worden teruggewonnen. Gerekend is met een rendement van 90% voor de WTW wat een verlies van 0,4 kW geeft. Een warmtepomp van 4,4 kW is dus voldoende.
Omdat de warmtepomp ook moet zorgen voor warm water heb ik ons douchegedrag onder de loep genomen. De duur van een douchebeurt, temperatuur van het douchewater en de hoeveelheid water per minuut heb ik gedurende een aantal weken gemeten. We wonen met zijn tweeën en de eis was dat er drie mensen (ook een logee) achter elkaar moeten kunnen douchen en dat de warmtepomp het water in de boiler daarna in twee uur weer op temperatuur krijgt. Het blijkt dat daarvoor 3kW nodig is. Aangezien verwarming van huis en van water niet tegelijkertijd plaatsvindt is de 4,4 kW warmtepomp dus ook voldoende voor het verwarmen van het water. Voor een veilige marge en verkrijgbaarheid van de juiste capaciteit is voor een iets grotere warmtepomp gekozen.
Met de bekende capaciteit van de warmtepomp en de Coëfficiënt Of Performance (COP) kunnen de boorputten en de hoeveelheid zonnepanelen worden bepaald. De COP geeft aan hoe efficiënt de warmtepomp werkt. Als de warmtepomp 5 kW moet leveren met een COP van 5 is maar 1 kW elektrische energie nodig, 4 kW komt uit de grond. Om die 4 kW te kunnen leveren blijken 3 boorputten van 55 meter diep nodig te zijn. Het zijn 3 putten van 70 meter diep geworden, omdat dit een gestandaarde diepte is in ‘boorputtenland’.
Gegeven het jaarlijks temperatuurverloop kan het vermogen wat per jaar nodig is voor verwarming worden bepaald. Dit blijkt een thermisch vermogen van 30 kW te zijn en dat gebeurt dus met een warmtepomp met een vermogen van 4,4 kW. Dat vermogen kan worden opgewekt met 14 zonnepanelen. Voor het overige stroomverbruik zijn nog zo’n 10 panelen nodig.
De eerste test
En toen werd het februari 2021, het huis was net gebouwd. Ochtendtemperaturen van -12 °C. Waar je normaal enkele jaren op moet wachten, werd ons voor de voeten geworpen: een stress test. Dat was best spannend. De warmtepomp draaide inderdaad op vol vermogen, maar het huis bleef op 20 °C. Gelukkig, de gemaakte berekeningen waren zo gek nog niet.
De volgende keer komen de maatregelen aan bod die we hebben genomen om het huis, met oude en nieuwe muren, dak en vloer, goed te isoleren.
van links naar rechts: WTW, omvormer zonnepanelen en warmtepomp. De warmtepomp staat aan de onderzijde met de boiler aan de bovenzijde.
Vloerverwaming op en ventilatiebuizen in de vloerisolatie.
De woning met de glazen pui, het zonnedak en rechts de overstek.
