Wat houdt graadminuten in bij een temperatuurregeling?

Naast dat graadminuten gebruikt worden voor het inschakelen van een elektrisch element bij de warmtepomp of voor het inschakelen van de cv-ketel bij een hybride warmtepomp (beiden als het buiten te koud wordt), worden graadminuten ook gebruikt als alternatief op het fenomeen hysterese. In dit laatste geval is het een techniek / methode om te zorgen dat de warmtebron, zoals cv-ketel of cv-warmtepomp, niet frequent in- en uitschakelt.

Door het minder frequent in- en uit te schakelen zal de levensduur en het rendement van de warmtebron toenemen.

De waarde van het aantal graadminuten, die in de monitoring van de warmtebron vaak wordt weergegeven, geeft aan "hoeveel de warmteproductie achterloopt op de gewenste warmteproductie".

Graadminuten t.b.v. inschakelen elektrisch verwarmingselement

Iedere warmtepomp, een uitzondering daargelaten, heeft een elektrisch verwarmingselement. In principe wil je dat deze nooit (frequent) wordt ingeschakeld omdat dit 3,5 tot 4 keer meer elektriciteit kost dan de warmte van de warmtepomp.

Maar als de warmtepomp, we noemen het liever een cv-warmtepomp, de woning onvoldoende warm kan houden bij zeer lage buitentemperaturen, dan ben je maar wat blij dat dit verwarmingselement nog even ingeschakeld kan worden anders was het koud(er) geweest. Zie ook bètafactor.

Het inschakelen kan plaatsvinden, er zijn dus nog ook andere technieken om dit moment te bepalen, op basis van graadminuten. Je stelt dan bijvoorbeeld in: bij -240 graadminuten moet het elektrisch verwarmingselement ingeschakeld worden.

Het verkeerd instellen van deze drempelwaarde kan een te koud huis (graadminutendrempelwaarde te hoog), of een (extreem) hoog elektriciteitsverbruik (graadminutendrempelwaarde te laag) tot gevolg hebben.

Graadminuten t.b.v. inschalen cv-ketel bij hybride warmtepomp

Bij een traditionele hybride warmtepomp is het thermisch vermogen bewust krap gekozen. Het idee is dat als het buiten koud wordt, zo rond de 4°C of lager (als indicatie) de cv-ketel goedkoper warmte kan maken dan de warmtepomp.

Dus puur uit kostenoverwegingen wordt de cv-ketel ingeschakeld. Bij cv-warmtepompen is dit een instelbare waarde, vaak bivalente temperatuur genoemd. Een veel voorkomende waarde is een buitentemperatuur van 4°C. Een andere techniek is om te werken met graadminuten.

Het aantal graadminuten loopt op (wordt steeds negatiever) als het de verwarming kouder blijft dan verwacht. Zodra de in te stellen drempelwaarde overschreden wordt, bijvoorbeeld -120 graadminuten, wordt de cv-ketel ingeschakeld. Zodra het aantal graadminuten weer op nul komt wordt de cv-ketel weer uitgeschakeld.

Een lage graadminuteninstelling zal de cv-ketel zeer snel, wellicht te snel inschakelen (zonde van de kosten van het gas) maar ook snel uitschakelen (en snel in/uitschakelen van de cv-ketel is af te raden). Een hoge graadminuteninstelling zal het inschakelmoment vertragen. Als de woning te ver afkoelt voordat de cv-ketel ingeschakeld wordt, dan weet je dat de graadminuteninstelling te hoog staat.

Dat de cv-ketel bij lage buitentemperaturen goedkoper de woning kan verwarmen dan een cv-warmtepomp ligt niet aan de cv-warmtepomp, maar omdat je (zeer waarschijnlijk) de bestaande cv-installatie niet aangepast hebt voor gebruik van een cv-warmtepomp. Daardoor moet het cv-water warmer zijn dan bij een wel aangepaste cv-installatie, en dáárom is de cv-warmtepomp onnodig duurder in gebruik. Meer daarover in de twee procent regel.

Maar ja, de cv-installatie niet hoeven aan te passen is nou juist het verkoopargument voor de aanschaf van een hybride warmtepomp. Lees hier meer over in het artikel welke aanpassingen zijn noodzakelijk voor gebruik van een cv-warmtepomp. Zou je het afgiftesysteem wel hebben aangepast dan hoeft de cv-ketel helemaal niet meer ingeschakeld te worden om de cv-warmtepomp bij te staan om het huis warm te houden en kan je hem gebruiken als een all-electric ready semi-hybride warmtepomp.

Graadminuten als alternatief voor de hysterese

Hysterese en graadminuten dienen exact hetzelfde doel, alleen zijn ze op een andere manier geïmplementeerd.

Een hysterese is een bepaald temperatuurverschil waarbinnen de temperatuurregeling geen actie onderneemt om de warmtebron of koeling in- of uit te schakelen, ondanks dat de werkelijke temperatuur afwijkt van de gewenste temperatuur.

Bij de graadminuten methodiek is ook sprake van vertraging van de in- en uitschakelmomenten. Pas bij het overschrijden van een bepaalde drempelwaarde (aantal graadminuten) zal de temperatuurregeling in actie komen en de warmtebron (of koeling) in- of uitschakelen.

Waarom een graadminutensysteem?

Een graadminutensysteem zorgt er voor, net als bij een hysterese, dat de warmtebron (of koeling) niet frequent in- en uitschakelt. Want snel in- en uitschakelen zal de levensduur drastisch verlagen, vooral bij cv-warmtepompen is de levensduur sterk afhankelijk van het aantal inschakelmomenten (impulsmomenten). Daarnaast zal het rendement van een warmtebron hoger worden/zijn wanneer deze lang(er) aanstaat. Vooral bij cv-warmtepompen speelt dit een grote rol en zal het rendement pas na circa 15 minuten de gespecificeerde waarde bereiken.

Hoe werkt het graadminutensysteem?

Bij een graadminutensysteem wordt iedere minuut de afwijking van de werkelijke temperatuur ten opzichte van de gewenste temperatuur berekend. Die afwijking wordt opgeteld bij vorige waarden. Is sinds één minuut de werkelijke temperatuur één graad lager dan de gewenste temperatuur, dan wordt dit als een afwijking van "-1 graadminuut" gezien. Als één minuut later de temperatuur twee graden te laag is, dan is dat een afwijking van -2 graadminuten en samen met de vorige afwijking is het totaal aantal graadminuten opgelopen tot -3 graadminuten.

Wanneer de verwarming uitstaat en de temperatuur daalt voorbij de gewenste waarde dan zal een bepaalde hoeveelheid negatieve graadminuten ontstaan. Wanneer de temperatuur onder de gewenste temperatuur blijft zal de hoeveelheid graadminuten steeds verder dalen (waarde wordt negatiever). De negatieve waarde van de graadminuten geeft feitelijk aan dat de verwarming "achterstand" heeft en (op een gegeven moment) weggewerkt moet worden. Feitelijk representeert de graadminutenwaarde bij een negatieve waarde de te weinig geleverde thermische energie en bij een positieve waarde de te veel geleverde thermische energie.

Voorbeeld

Hieronder een fictief voorbeeld van een modulerende cv-warmtepomp (die dus de warmteafgifte, het thermisch vermogen, kan aanpassen) waarbij de gewenste cv-watertemperatuur 36°C is. Die temperatuur volgt uit de stooklijn van de weersafhankelijke-regeling.

We "stappen in" op het moment dat de cv-warmtepomp uit staat en de temperatuur van het cv-water aan het dalen is.

In deze cv-warmtepomp is een drempelwaarde ingesteld bij -25 graadminuten^[1]. Zodra die bereikt wordt schakelt de cv-warmtepomp in.

In de minuten 1 t/m 7 (zie tabel) daalt de temperatuur van het cv-water en wordt het aantal graadminuten steeds negatiever. Bij minuut 8 is de drempelwaarde van de graadminuten bereikt en wordt de cv-warmtepomp ingeschakeld.

In de minuten 9 t/m 14 staat de cv-warmtepomp weliswaar warmte te produceren maar wordt het aantal graadminuten steeds negatiever. Dat komt omdat het enige tijd duurt voordat de cv-warmtepomp "op stoom is" en zoveel warmte kan produceren dat de temperatuur daling in het afgiftesysteem om kan zetten in een temperatuurstijging. De daling verloopt wel steeds minder snel.

Vanaf minuut 16, waarbij de werkelijke cv-watertemperatuur hoger is dan de gewenste cv-watertemperatuur begint het aantal graadminuten (daardoor) minder negatief te worden, de cv-warmtepomp "loopt in op zijn achterstand geleverde thermische energie".

Wanneer het aantal graadminuten de waarde nul benaderd anticipeert de cv-warmtepomp en moduleert terug (produceert minder warmte) waardoor de temperatuur uiteindelijk weer langzaam daalt richting de gewenste temperatuur.

In minuut 28 passeert het aantal graadminuten de nul en dat is (in dit voorbeeld) een drempelwaarde en wordt de cv-warmtepomp uitgeschakeld. Vanaf dat moment daalt de temperatuur van het cv-water en wordt vanaf minuut 36 de graadminutenwaarde weer negatief en start de hele cyclus opnieuw.

In het voorbeeld hierboven zie je dat de cv-warmtepomp circa ieder half uur zich in- en uitschakelt. Dat is een pendelgedrag en dit kan veroorzaakt worden doordat (bij deze cv-watertemperatuur) het vermogen van de cv-warmtepomp te groot is, het warmteafgevend vermogen van het afgiftesysteem te laag is (of een combinatie van beiden) óf een te klein ingestelde graadminutendrempelwaarde. We hebben een artikel geschreven hoe je pendelgedrag kan voorkomen.

Bij een niet modulerende (dus aan/uit) cv-warmtepomp zal je regelmatig deze zich zien in- en uitschakelen. Dat is inherent aan het gebruik van een aan/uit warmtepomp. Hoe snel dit gebeurd is afhankelijk van het vermogen van de cv-warmtepomp, het vermogen dat gedissipeerd kan worden door het afgiftesysteem en het warmteverlies van de woning op dat moment (in hartje winter lagere pendelfrequentie, in na- en voorjaar een hogere pendelfrequentie).

Het graadminutensysteem kan, wanneer de cv-warmtepomp té snel zich in- en uitschakelt, aangepast worden. Wanneer de graadminutendrempelwaarde vergroot wordt (bijvoorbeeld van -100 naar -150) zal de cv-warmtepomp minder snel in- en uitschakelen. Maar daardoor zal de temperatuur in de woning sterker dan voorheen fluctueren. Het is dan een evenwicht zoeken tussen comfort en een lage pendelfrequentie (in verband met langere levensduur en hoger rendement).

Bij een modulerende cv-warmtepomp, zal als het systeem optimaal geïnstalleerd is, het vermogen van de cv-warmtepomp zodanig geregeld worden dat getracht wordt om de cv-warmtepomp constant aan te laten staan waardoor in- en uitschakelmomenten vermeden worden. In zo'n geval zie je de actuele graadminutenwaarde geleidelijk dalen en stijgen, maar niet voorbij de graadminutendrempelwaarde en niet voorbij de nul komen.

Gevolgen aanpassingen

Het vertragen van het inschakel- en uitschakelmoment, door een hoge(re) graadminutendrempel in te stellen, zal er toe leiden dat de cv-watertemperatuur sterker zal fluctueren. En dat zal ook voor grotere fluctuaties leiden van de temperatuur in de woning.

Hoe groter de inschakelvertraging, hoe sterker de fluctuaties. Bij een "snel" afgiftesysteem zoals radiators of convectors wordt doorgaans gekozen voor een grotere inschakelvertraging omdat het afgiftesysteem "snel" is (temperatuur stijgt snel / daalt snel) en daar past een hoge graadminutendrempelwaarde bij ander zou er té snel in- en uitgeschakeld worden.

Bij een traag afgiftesysteem zoals vloerverwarming kan gekozen worden voor een kleinere inschakelvertraging (een lagere graadminutendrempelwaarde). Het duurt immers toch lang voordat de cv-watertemperatuur stijgt of weer daalt, dus daar hoeft niet nog eens een grote inschakelvertraging aan toegevoegd te worden.

Welke aanpassingen zijn noodzakelijk bij een cv-warmtepomp?

Wanneer je de cv-ketel gaat vervangen voor een cv-warmtepomp moet je ook aandacht schenken aan de cv-leidingen en het afgiftesysteem, die hebben meestal aanpassingen nodig. Als je die niet uitvoert zal het energieverbruik onnodig hoog zijn.

Ongebruikte kamers verwarmen bespaart energie?

Je zal het waarschijnlijk niet geloven, maar we leveren het bewijs: bij het gebruik van een cv-warmtepomp bespaar je geld als je niet gebruikte kamers wél verwarmt.

Alles wat je wil weten over de thuisbatterij

Een artikel over de thuisbatterij die de belangrijkste aspecten behandelt met verwijzingen naar verdiepingsartikelen. Wist je dat er twee totaal verschillende thuisbatterijen bestaan?

Wat hebben graaddagen met energiebesparing te maken?

Wanneer je een energiebesparende maatregel hebt genomen wil je graag de besparing meten op je energieverbruik. Maar dat kan niet omdat de buitentemperatuur invloed heeft op het verbruik. Graaddagen levert hier een oplossing voor.