Kwaliteit van systeemwater nog belangrijker bij warmtepompen
Waarom appendagesets hier een meerwaarde kunnen betekenen
De keuze van het vermogen en het type-toestel krijgen vaak alle aandacht, terwijl lucht, vuil, drukschommelingen of vorst uiteindelijk bepalen of de installatie efficiënt en storingsvrij blijft werken. Net daarom winnen prefab appendagesets snel terrein. Ze combineren verschillende hydraulische functies in één compacte module, verkorten de montagetijd en beschermen de warmtepomp tegen haar grootste vijanden. Maar welke meerwaarde bieden ze precies? En waarop let je als installateur bij de keuze van de juiste set?
Warmtepompen zijn gevoeliger dan je denkt
Appendages moeten ervoor zorgen dat een installatie veilig, betrouwbaar en efficiënt functioneert. Dat is ook bij traditionele cv-installaties zo, maar hun belang is bij warmtepompen net dat tikkeltje groter. Problemen zoals magnetietvorming, corrosie, slibafzetting en kalk hebben een directe invloed op zowel de warmteoverdracht als het energieverbruik, en ook de betrouwbaarheid van de pompen en regelcomponenten wordt erdoor geïmpacteerd. Maar wat bij een cv-ketel soms nauwelijks merkbaar is, leidt bij een warmtepomp al snel tot rendementsverlies of zelfs uitval. Kortom, warmtepompen zijn extra gevoelig voor vervuiling, lucht en chemische onbalans in het systeemwater. Hoe komt dat?
Lagere aanvoertemperaturen
Waar klassieke gasketels jarenlang werkten met aanvoertemperaturen van 70 tot 80 °C, leveren warmtepompen meestal water van 30 tot 45 °C. Omdat het temperatuurverschil tussen aanvoer en retour kleiner is, moet de installatie een groter waterdebiet verwerken om dezelfde hoeveelheid warmte af te geven. Tot vier keer meer in vergelijking met een cv-installatie. Precies dat grotere debiet maakt de installatie kwetsbaar.
Vuilafzettingen
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.
De minste hoeveelheid magnetiet of slib kan bij een warmtepomp al leiden tot een verminderde doorstroming. Vooral de compacte platenwarmtewisselaars, die tegenwoordig in vrijwel alle warmtepompen worden toegepast, hebben daar last van. Bovendien wordt bij warmtepompen omwille van het benodigde debiet vaak gekozen voor een grotere buisdiameter. Corrosie knabbelt daaraan: slechts een halve millimeter corrosie rond de binnenkant van een buis verkleint een 1”-buis met 8,6%. Dat doet het energieverbruik uiteraard toenemen.
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.
Stabiele systeemdruk
Een klassieke gasketel levert water van een hoge temperatuur. Zelfs wanneer het debiet tijdelijk wat lager ligt, bevat dat water nog voldoende warmte om de woning comfortabel te verwarmen. Bij een warmtepomp ligt dat anders. Omdat de aanvoertemperatuur veel lager is, hangt de warmteafgifte sterk af van een constante en voldoende watercirculatie. Daarvoor zijn twee voorwaarden essentieel: een correcte statische systeemdruk, doorgaans tussen 1,5 en 2 bar, én een goed werkende circulatiepomp die het vereiste debiet levert. Is de statische druk te laag, dan kunnen luchtinslag en cavitatie optreden, waardoor het debiet afneemt. Dat heeft meteen een negatieve invloed op het rendement en de bedrijfszekerheid van de installatie.
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 elk afgifte-element statisch of dynamisch in te regelen: via o.a. inregelventielen, drukverschilregelaars.
In een warmtepompinstallatie is er net zoals bij een ketelinstallatie een expansievat en een veiligheidsventiel nodig om de druk in het systeem binnen acceptabele grenzen te houden © Spirotech
Welke componenten zijn nodig?
Behouden van de systeemdruk: voorzie een veiligheidsventiel en expansievat
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 binnen acceptabele grenzen te houden.
Het expansievat, gevuld met gas, zorgt voor het nodige expansievolume en een minimale waterreserve. Als de uitzetting hoger is dan het expansievolume dat het expansievat kan ontvangen (doordat bijvoorbeeld de gasvoordruk van het expansievat niet goed is ingesteld, het vat voordruk heeft verloren, het vat verkeerd is gedimensioneerd of kapot is), dan wordt het teveel aan druk als laatste redmiddel via het veiligheidsventiel afgelaten.
Maar normaal gesproken wordt het vat berekend aan de hand van de systeemparameters zodat het altijd voldoende groot is en de juiste voordruk heeft.
Het expansievat en het veiligheidsventiel worden dichtbij de warmteopwekker geplaatst. De juiste plaats van het expansievat is over het algemeen 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.
Bewaken van de waterkwaliteit: verwijder lucht en vuil
Om lucht in de installatie tegen te gaan, is het 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.
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.
Vuilafscheiders
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.
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.
Is een buffervat nodig?
Let op. Pas alleen een buffervat toe wanneer dit echt nodig is. Bij warmtepompen kies je voor een buffervat als de installatie-inhoud te klein kan worden. 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.
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.
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.
In sets
Een belangrijke ontwikkeling van de afgelopen jaren is dat fabrikanten de verschillende appendages (waar mogelijk) niet langer apart aanbieden, maar samen, als voorgemonteerde sets die verschillende hydraulische componenten combineren. Dat heeft een aantal voordelen:
- snellere installatie: omdat de belangrijkste appendages al in de fabriek zijn samengebouwd, hoeft de installateur minder losse componenten te monteren. Dat bespaart werkuren en vereenvoudigt de planning op de werf.
- minder kans op montagefouten: de warmtepompsets zijn plug-and-play. Ze zijn met andere woorden gemakkelijk te installeren en vragen bijna geen extra handelingen. Door het selecteren van de warmtepompsets en het in acht nemen van de bijgeleverde handleiding, wordt het aantal gemaakte fouten gereduceerd tot een minimum. Daar komt nog bovenop dat de appendages in de fabriek werden samengesteld en getest, met als gevolg dat de kwaliteit consistenter is dan bij een volledig op de werf opgebouwde oplossing.
- betere hydraulische prestaties: de componenten in een appendageset zijn ontworpen om samen te werken. Daardoor blijven drukverliezen beperkt en verloopt de watercirculatie optimaal. Dat draagt bij aan een stabiel debiet en een hogere energie-efficiëntie.
- eenvoudiger onderhoud: veel appendagesets bevatten afsluiters vóór en na filters of vuilafscheiders. Daardoor kunnen deze componenten worden gereinigd of vervangen zonder de volledige installatie leeg te laten lopen. Dat bespaart tijd bij onderhoud en service.
Welke appendagesets bestaan er?
Diverse types
De markt biedt diverse appendagesets aan. Je zou ze functioneel kunnen opdelen. Dan kom je tot de volgende onderverdeling (zie tabel).
Behalve naar functie zijn er ook andere indelingen mogelijk. Sommige fabrikanten werken met een soort van instappakket en verhogen stelselmatig de eisen. Het basispakket bevat bijvoorbeeld de noodzakelijke lucht- en vuilafscheiding voor een stabiele en betrouwbare werking van het systeem.
In combinatie met de bijbehorende expansievatconsole vormt het een budgetvriendelijke en ruimtebesparende oplossing voor installaties die een solide basisbescherming nodig hebben. Het topsegment gaat een aantal stappen verder door een speciale luchtafscheider die tot 99 % van de lucht verwijdert bij de eerste doorgang, te koppelen aan een vuilafscheider met dubbele filtratie. Samen moeten ze de warmteoverdracht maximaliseren.
Enkele aandachtspunten
Een appendageset kies je niet uitsluitend op basis van de prijs. Ze moet afgestemd zijn op zowel de warmtepomp als de volledige hydraulische installatie. De keuze wordt daarom in de eerste plaats bepaald door het type warmtepomp – monoblock of een splitsysteem – en het vermogen. Voor de keuze van een expansievat is ook nog het systeemvolume van essentieel belang. Naast die voor de hand liggende keuzecriteria zijn er met betrekking tot de installatie nog een drietal algemene aandachtspunten die we graag meegeven.
Plaats de componenten op de juiste locatie
Niet alleen de volgorde, maar ook de plaats in het hydraulische circuit is belangrijk. Volg hierbij steeds de hydraulische schema's van de fabrikant van de warmtepomp.
Zorg voor voldoende onderhoudsruimte
Filters en vuilafscheiders moeten periodiek worden gereinigd. Monteer de appendages daarom niet te dicht tegen een muur of plafond en voorzie voldoende ruimte om onderdelen te demonteren. Ook ontluchters, manometers en afsluiters moeten na de installatie goed bereikbaar blijven.
Besteed aandacht aan de isolatie
Na de montage moeten niet alleen de leidingen, maar ook de appendages correct worden geïsoleerd. Bij warmtepompen is dat belangrijk om:
- warmteverliezen te beperken;
- condensvorming tijdens koelbedrijf te voorkomen;
- het rendement van de installatie te behouden.
Gebruik bij voorkeur de isolatieschalen die speciaal voor de appendageset zijn ontwikkeld.
Met de medewerking van Aalberts Hydronic Flow, Caleffi en Spirotech