Hoeveel kW warmtepomp heb ik nodig: een inverter-warmtepomp kies je voor half vermogen
Eerste tip: de ruimte tussen de lamellen. Tweede: wanneer de machine besluit te ontdooien. Het derde wat je moet vragen voor je koopt, is hoe groot de warmtepomp is ten opzichte van het gebouw. Het lijkt de eenvoudigste vraag, en het is de vraag waar de meeste fouten worden gemaakt, omdat een inverter-warmtepomp niet gekozen wordt zoals een cv-ketel.
01
Het maximale vermogen wordt bepaald op de koudste dag van de streek
Elke plaats heeft een buitenontwerptemperatuur: de laagste temperatuur waarmee de installatie wordt berekend. In Italië legt een norm die provincie per provincie vast: in de Alpen tot -15 graden, in de vlakte rond -5, in het zuiden en aan de kust richting +2. Elke streek heeft haar getal, en de installateur-ontwerper kent het. De Europese warmtepompnorm redeneert op dezelfde manier met drie klimaten: koud, referentie Helsinki, -22 graden; gemiddeld, Straatsburg, -10; warm, Athene, +2. Bij die temperatuur moet de machine de volledige vraag van het gebouw dekken op vol vermogen. Niet eerder: een machine die al bij nul graden op vol vermogen draait, is te klein voor die streek.
02
De rest van de winter draait ze op de helft
De ontwerpdag komt een paar dagen per jaar voor. De meeste winteruren liggen in de vlakte tussen 2 en 10 graden, vaak met zon: het gebouw vraagt de helft van de warmte, of minder. Een inverter-warmtepomp gaat niet aan en uit zoals een ketel: ze verlaagt het toerental van de compressor en volgt de vraag. Goed gedimensioneerd brengt ze het grootste deel van de winter door rond het halve vermogen, en in het tussenseizoen zakt ze naar het minimum zonder te stoppen. Zo vermijd je het voortdurende aan- en uitschakelen.
03
De inverter: waarom die van siliciumcarbide meer rendement geeft
De inverter is het onderdeel dat de netstroom omzet in stroom met variabele frequentie, die de compressor op de juiste snelheid laat draaien. Dat doet hij door vermogenstransistoren duizenden keren per seconde in en uit te schakelen. Elke keer dat een transistor schakelt, en elk moment dat hij geleidt, wordt een deel van de stroom warmte in plaats van bij de motor aan te komen. Die warmte is betaalde en verloren energie, en ze moet ook van de elektronica worden afgevoerd, anders worden de componenten warm en slijten ze.
Jarenlang waren de transistoren van inverters IGBT's, van silicium. Ze zijn robuust en goedkoop, maar hebben twee beperkingen. Als ze geleiden, hebben ze een vaste spanningsdrempel die ook bij lage stroom wordt betaald: juist op half vermogen, waar de warmtepomp bijna de hele winter doorbrengt, weegt die drempel naar verhouding zwaarder. En ze schakelen traag, dus worden ze bij elke overgang warm en kun je ze niet snel laten werken.
Transistoren van siliciumcarbide (SiC) hebben geen vaste drempel: ze gedragen zich als een zeer lage weerstand, en bij lage stroom verliezen ze heel weinig. En ze schakelen in een fractie van de tijd, met een fractie van de warmte. Minder warmteverlies betekent drie praktische dingen. Meer energie naar de compressor voor dezelfde kWh van de meter, dus een hogere COP, vooral bij deellast. Elektronica die koeler werkt, en een elektronisch onderdeel dat koel werkt, gaat langer mee. En de mogelijkheid om sneller te schakelen, wat de motor een schonere stroom geeft, met minder verliezen en minder geluid in de compressor.
De weinige warmte die overblijft, heeft in onze machines geen eigen ventilator nodig: het koellichaam van de inverter zit in de ruimte van de warmtewisselaar, in de luchtstroom van de ventilator van de machine, die het koelt terwijl hij zijn gewone werk doet. Geen gesloten kast, geen ventilatortje dat stroom verbruikt en kapotgaat. Op onze woningmachines is de inverter van siliciumcarbide.
04
Half vermogen is waar ze het best rendeert
Op half vermogen draait de compressor langzaam en zijn de wisselaars groot ten opzichte van de warmte die ze moeten verplaatsen: de buitenwisselaar koelt weinig af, de binnenwisselaar warmt weinig op, de compressor werkt met het kleinst mogelijke temperatuurverschil. Dat is het punt van het hoogste rendement. Op vollast daalt het rendement, op het minimum ook. Hier komt de eerste tip terug: wat bij onze machines twee keer zo groot is als bij een importmachine, is de wisselaar, niet de compressor. De compressor is de juiste voor de belasting; de grote wisselaar laat hem werken met kleine temperatuurverschillen. Onder die omstandigheden werken onze machines met COP-waarden die typisch zijn voor geothermische modellen, terwijl ze de warmte uit de lucht halen.
05
Te klein, te groot
Een te kleine machine draait altijd op vol vermogen: ze verbruikt meer omdat ze altijd in het slechtste rendementspunt zit, ze koelt de buitenwisselaar sterker af, maakt dus meer rijp en ontdooit vaker, en op koude dagen haalt ze de temperatuur niet. Een te grote machine doet het omgekeerde: ze draait altijd op het minimum en schakelt, wanneer zelfs het minimum te veel is, voortdurend uit en aan. Elke start kost de compressor meer dan uren gelijkmatig draaien: de levensduur van een compressor wordt geteld in start-stopcycli, zoals bij een auto de kilometers tellen maar ook de koude starts. De juiste maat is er maar één: die op de ontwerpdag van de streek op vol vermogen draait en de rest van de winter op de helft.
06
Het is werk voor een ontwerper
De dimensionering begint bij de warmtebehoefte van het gebouw: verliezen door muren, dak en ramen, luchtverversing, ontwerptemperatuur van de plaats. Voor een bedrijfshal wordt de orde van grootte van de piek gerekend in watt per kubieke meter, niet per vierkante meter, omdat een hal van zeven meter hoog drie keer zoveel lucht bevat als een huis met dezelfde plattegrond: van 10-15 W/m³ voor een nieuw of gerenoveerd gebouw met dikke panelen, tot 18-25 voor een gebouw uit 2000-2015, tot 30-45 voor een prefab uit de jaren 80 en 90 zonder isolatie; iets meer als de poorten vaak opengaan of de destratificator ontbreekt die de warme lucht naar beneden stuurt. Dat is alleen de eerste schatting: de machine wordt daarna gekozen op haar vermogenstabellen bij de ontwerptemperatuur. Dat doe je niet op het oog, niet “een maat groter voor de zekerheid”, en het vermogen van de oude ketel is geen referentie. Een ontwerper heeft er een paar uur voor nodig en neemt de verantwoordelijkheid voor de berekening: het is het deel van de installatie dat het minst kost en dat het verbruik van de komende twintig jaar bepaalt.
07
Hoe je het controleert, voor je koopt
- vraag de berekening van de warmtebehoefte, met de ontwerptemperatuur van de plaats erop;
- vraag op welk percentage van het maximale vermogen de machine draait bij 7 graden buiten, de meest voorkomende wintersituatie: het juiste antwoord ligt rond de helft;
- vraag het minimale vermogen waarnaar de machine kan terugregelen zonder te stoppen.
De technische fiches van onze lucht-water-warmtepompen en van de Kita Air voor bedrijfshallen geven het vermogen bij de verschillende buitentemperaturen.
08
Veelgestelde vragen
Hoe dimensioneer je een inverter-warmtepomp?
Op de ontwerpbuitentemperatuur van de regio: bij die temperatuur moet hij de hele vraag op vol vermogen dekken, en de rest van de winter rond half vermogen draaien.
Waarom verbruikt een te grote warmtepomp meer?
Hij draait altijd op het minimum en gaat, als zelfs dat te veel is, steeds uit en aan. Elke start kost de compressor meer dan uren gelijkmatig draaien.
Op welk vermogen draait een warmtepomp het grootste deel van de winter?
Goed gedimensioneerd rond half vermogen: in het laagland liggen de meeste winteruren tussen 2 en 10 °C. Op half vermogen zijn de warmtewisselaars groot ten opzichte van de warmte, en daar rendeert de machine het best.
Wat verandert een siliciumcarbide-inverter?
Hij verliest minder energie als warmte, vooral bij deellast: er komt meer energie bij de compressor voor dezelfde kWh, de COP stijgt en de elektronica blijft koeler en gaat langer mee. Onze machines voor woningen hebben een siliciumcarbide-inverter.
Zie ook: Thermostaat voor de warmtepomp: vloerkoeling, ventilo-convectoren en zones met één regeling · Vermogen van een warmtepomp: nominaal en nuttig, hoeveel hij verwarmt als het koud is · Hoeveel stroom verbruikt een warmtepomp: per dag, per jaar en per vermogen, met de cijfers van de datasheets · COP van de warmtepomp: wat het is, hoe het wordt gemeten en waarom het in de mist niet meer hetzelfde is · Onderhoud warmtepomp: wat moet er gebeuren, hoe vaak, wat is verplicht en hoe lang gaat hij mee · Warmtepomp in de winter: werkt hij bij vorst, tot welke temperatuur, bij -20 en -25 °C? · Warmtepomp installeren: waar plaatsen, wat je nodig hebt en hoe het gaat, stap voor stap · Hoe lang gaat een warmtepomp mee: levensduur, wat slijt en wat hem langer laat meegaan
Volgende tip: waarom een warmtepomp geen cv-ketel is en zonder te stoppen moet draaien, en wat HCC is: lees het hier.
