Wat is pendelen bij een cv-warmtepomp of cv-ketel?

slinger aan een lang touw die heel langzaam heen en weer beweegt over een tableau waar de uren van de dag staan en door de draaiing van de aarde de tijd weergeeft
een aparte vorm van een klok; een (zeer lange) pendule zwaait heen en weer, en vanwege de draaiing van de aarde, verandert de weg van de slinger waardoor deze langzaam langs de uren van de wijzerplaat slingert en wordt het corioliseffect genoemd.

Pendelen of pendelgedrag is wanneer de warmtepomp of cv-ketel zich zéér regelmatig in- en uitschakelt terwijl de gewenste temperatuur in de woning nog niet bereikt is.

Dit frequente schakelgedrag is niet alleen nadelig voor het rendement van de warmtebron, maar veel erger, de levensduur wordt door dit pendelen bekort. Vooral bij warmtepompen moet dit pendelen kost wat kost voorkomen worden.

In dit artikelen leggen we aan de hand van voorbeelden uit hoe het pendelgedrag ontstaat en hoe dit te voorkomen is.

In het kort

Pendelen is een gedrag van een warmtepomp of cv-ketel die redelijk snel achter elkaar in- en uitschakelt doordat het afgiftesysteem onvoldoende de warmte van de warmtebron kan afgeven.

Pendelen vindt plaats als het (minimum) vermogen van de warmtebron groter is dan het afgiftesysteem aan vermogen kan afgeven.

Let op: het minimale vermogen van de warmtebron staat vast, maar hoeveel vermogen het afgiftesysteem kan afstaan is sterk afhankelijk van de cv-watertemperatuur, hoe lager die wordt, hoe lager het vermogen dat afgegeven wordt.

Wanneer het afgiftesysteem onvoldoende warmte kan afgeven, wordt het circulerende cv-water onvoldoende afgekoeld en zal dáárom de cv-watertemperatuur alsmaar stijgen en bij een bepaalde temperatuur schakelt de warmtebron zich zelf uit ondanks dat in de woning de gewenste temperatuur nog niet bereikt is.

Zo'n situatie ontstaat wanneer te weinig of te kleine radiatoren/convectors worden gebruikt, en het afgiftevermogen lager is dan het vermogen dat de warmtebron levert.

Het kan ook plaatsvinden als het afgiftesysteem als geheel wél voldoende afgiftevermogen heeft, maar een deel van het afgiftesysteem afgesloten wordt door een naregeling of thermostatische radiatorkranen.

Door die afsluiting daalt het vermogen dat het overgebleven afgiftesysteem kan afgeven en het systeem zal dáárom pendelen. Dit is een veel voorkomend probleem bij cv-warmtepompen waarbij een naregeling toegepast wordt en mede daarom is een naregeling niet wenselijk bij een cv-warmtepomp.

Het belangrijkste nadeel van dit pendelen is dat het rendement van de warmtebron daalt (dus het verwarmen meer geld kost) en dat mogelijk de levensduur van de cv-ketel, maar vooral van een cv-warmtepomp drastisch verkort wordt en je onnodig vroeg grote reparatiekosten krijgt of de cv-warmtepomp zelfs geheel moet vervangen.

Het pendelgedrag kan ontstaan door:

  • Het vermogen van de warmtepomp of cv-ketel té groot is (mogelijk verkeerd gedimensioneerd of verkeerd ingesteld).
  • De hoeveelheid cv-water die de warmte moet transporteren té beperkt is (te laag debiet), de leidingen zijn niet "dik" genoeg of ergens wordt de doorstroming beperkt (zoals in een verstopt filter).
  • De vermogensafgifte van radiatoren/convectors/vloerverwarming te klein is in relatie tot het vermogen dat de warmtebron levert, waardoor de aangeboden warmte niet (snel genoeg) af kan staan (het afgiftesysteem is verkeerd gedimensioneerd / niet aangepast op gebruik van een warmtepomp)

Wanneer is er wel sprake van pendelen?

Technisch gezien is sprake van pendelen wanneer de warmtebron zich uitschakelt terwijl de gewenste temperatuur in de woning nog niet bereikt is. Dit kwam niet zo veel voor bij cv-ketels maar is een veelvoorkomend verschijnsel bij cv-installaties met een warmtepomp, die wij overigens liever een cv-warmtepomp noemen.

Dat dit meer voorkomt bij cv-warmtepompen komt omdat bij een cv-warmtepomp de cv-watertemperatuur flink lager is dan bij een cv-ketel. En bij een lagere cv-watertemperatuur zal het afgiftesysteem minder warmte afgeven (zie later in dit artikel). Vooral radiatoren en convectors hebben last van een lage warmteafgifte bij een lage cv-watertemperatuur.

Daarom komt bij cv-warmtepompen pendelen vrij vaak voor bij gebruik van radiatoren en convectors en vrijwel niet bij vloerverwarming (uitgaande dat een gesloten vloerverwarmingsverdeler "zonder pomp" gebruikt wordt zoals dit hoort bij een cv-warmtepomp).

Een vloer heeft namelijk een vele malen groter verwarmend oppervlakte en heeft dus een hoger warmteafgevend vermogen. Daarnaast, althans bij natbouw woonkamer-vloerverwarming, kan de vloer zeer veel warmte accumuleren (het fungeert als een enorm groot buffervat).

Heeft je woning nog niet de gewenste temperatuur bereikt en bemerk je dat de warmtebron zich uitschakelt, dan is er dus per definitie sprake van pendelen. Een uitzondering hierop, die niets met pendelen te maken heeft, is de ontdooicyclus bij een warmtepomp, waarbij deze zich bewust even uitschakelt maar daarna gewoon weer doorgaat.

Wanneer is er geen sprake van pendelen?

In het voor- en naseizoen, wanneer de woning weinig warmte verliest, en het minimum vermogen van de warmtebron hoger is dan het thermisch verlies van de woning dan zal de warmtebron zich regelmatig in- en uitschakelen omdat het anders té warm wordt in de woning.

Als voorbeeld, stel dat het thermisch verlies van de woning bijvoorbeeld maar 1 kW is en de warmtebron (niet minder dan) 4 kW levert, dan hoeft / zal de warmtebron maar 25% van de tijd ingeschakeld te zijn.

De warmtebron schakelt zich dan bijvoorbeeld 5 minuten in en daarna 15 minuten uit, daarna weer 5 minuten in en 15 uit. Gemiddeld (over de aan/uit periode) wordt maar in 25% van de tijd warmte geleverd. En 25% van 4 kW is 1 kW, en dat is het gewenste vermogen. Dit "in/uitschakelgedrag" is dus geen pendelen, maar wordt "lage last" genoemd (Engels: low-load).

Overigens, wanneer je radiatoren of convectors gebruikt i.c.m. een cv-warmtepomp, én wanneer gebruik wordt gemaakt van een weersafhankelijke regeling (wat zeer sterk aanbevolen is vanwege het rendement), zal deze "lage last" verwarming niet snel voorkomen.

Tien tegen één dat bij radiatoren of convectors i.c.m. een cv-warmtepomp, in het voor- en naseizoen "echt pendelgedrag" zal ontstaan. Dit komt omdat als het buiten niet zo koud is de weersafhankelijke regeling, op basis van de stooklijn de cv-watertemperatuur sterk zal verlagen.

En die lage cv-watertemperatuur zal zorgen dat het vermogen van de radiatoren en convectors erg laag is. De warmtepomp levert als voorbeeld 4 kW, maar het afgiftesysteem kan bij die lage cv-watertemperatuur maar 3 kW kan afgeven. En dán gaat het systeem dus echt pendelen.

Daarom is bij het kiezen van een cv-warmtepomp het zo belangrijk dat je niet alleen kijkt wat het maximum vermogen is bij -10°C buitentemperatuur maar ook wat het minimum vermogen bij hoge buitentemperaturen, bijvoorbeeld als het buiten 12°C is. Het "probleem" (het is feitelijk een eigenschap) bij cv-warmtepompen is dat het minimum vermogen van een cv-warmtepomp stijgt wanneer de temperatuur van de bron (meestal buitentemperatuur) ook stijgt.

Rendementsverlies

Pendelen kan niet alleen desastreuze gevolgen hebben op de levensduur van de cv-warmtepomp, maar het heeft ook invloed op het rendement, dus op de hoogte van het elektriciteitsverbruik, dus energiekosten. Met rendement doelen we hier op de COP van de warmtepomp.

Wanneer een cv-warmtepomp start, duur het tot circa 15 minuten voordat het gespecificeerde rendement wordt behaald. Zou de cv-warmtepomp, als voorbeeld, steeds maar zeven minuten draaien, dan is dat niet alleen nefast voor de levensduur (ga alvast maar sparen voor een nieuwe cv-warmtepomp) maar ook de elektriciteitskosten zijn hoger dan dat de cv-warmtepomp uren achtereen zou draaien.

Let op bij warmtepompen die pendelen!

We kunnen op dit punt niet duidelijk genoeg zijn. Heb je een cv-warmtepomp dan is pendelen desastreus en moet te allen tijde voorkomen worden. De levensduur van een warmtepomp kent twee grenzen: een X-aantal bedrijfsuren (bijvoorbeeld goed voor 15 jaar verwarmen) of een Y-aantal aan/uitschakelingen (impulsmomenten). Bij het inschakelen van een warmtepomp wordt een grote aanslag gedaan op de constructie van de compressor, een van de belangrijkste onderdelen van een warmtepomp. Na een Y-aantal inschakelingen geeft de compressor de pijp aan Maarten, ondanks dat het maximum aantal bedrijfsuren (de 15 jaar in dit voorbeeld) nog lang niet bereikt is. Het vervangen van alleen de compressor zal doorgaans niet mogelijk zijn en zal de complete "module" waarin de compressor zit, vervangen worden. De kosten hiervan zijn enorm hoog. Denk aan een bedrag dat 50-65% van nieuwprijs van de hele cv-warmtepomp. Dus we hebben het dan over duizenden euro's.

Meer informatie over de te verwachte levensduur en helaas onze eigen ervaring daarmee is te lezen in het artikel over de levensduur van een cv-warmtepomp.

Nadere uitleg pendelen

Om het lastig te begrijpen fenomeen van pendelen te doorgronden hebben we een illustratie gemaakt (zie onder). Het betreft een situatie waarbij een kamerthermostaat in de ochtend op 20°C wordt gezet. Deze thermostaat heeft een hysterese van 1°C, de uit- en inschakelmomenten liggen dus +0,5°C en -0,5°C t.o.v. de gewenste temperatuur.

De cv-watertemperatuur van de warmtebron is ingesteld op 41°C met een hysterese van 1°C.

illustratie met drie grafieken die de aan/uit stand van de warmtebron, de cv-watertemperatuur en de huiskamertemperatuur weergeven
voorbeeld van pendelen (versimpelde voorstelling van de temperatuurgradiënten)

Bij A wordt de thermostaat op 20°C gezet (na een nachtverlaging) en heeft de thermostaat een "warmtevraag" en geeft dit door aan en de warmtebron die zich inschakelt.

De temperatuur van het cv-water stijgt tot deze bij B een drempelwaarde overschrijdt (de bovenste waarde van de hysterese), en daarom schakelt de warmtebron zich uit waarna de cv-watertemperatuur daalt.

Realiseer dat de kamerthermostaat nog steeds een warmtevraag heeft en de warmtebron nog steeds het signaal geeft "verwarm de woning", maar het is de bewaking van de cv-watertemperatuur die de warmtebron de instructie geeft "schakel de warmteproductie uit en negeer het signaal van de kamerthermostaat".

Precies op dit punt ontstaat pendelgedrag. Immers, de gewenste kamertemperatuur is nog niet bereikt, maar de warmtebron schakelt zich desondanks uit.

Zodra bij C de temperatuur van het cv-water de onderste drempelwaarde van de hysterese bereikt schakelt de warmtebron zich weer in.

Bij D is opnieuw de cv-watertemperatuur te hoog opgelopen net als bij B, en daarom schakelt de warmtebron zich uit. En nog steeds is de kamertemperatuur niet bereikt.

Dit in- en uit-schakelgedrag herhaalt zich nog een aantal keer totdat bij E de kamerthermostaat geen warmtevraag meer heeft en de warmtebron uitschakelt. Daarna daalt de temperatuur in de kamer totdat bij F de kamerthermostaat weer een warmtevraag heeft en de warmtebron weer inschakelt.

Vanaf F stijgt de cv-watertemperatuur maar net als bij B en D wordt bij G de drempelwaarde van de cv-watertemperatuur weer bereikt en schakelt de warmtebron zichzelf uit.

Bij I heet de kamerthermostaat geen warmtevraag meer en schakelt daarom de warmtebron uit. Merk op dat de warmtebron uitgeschakeld wordt vanwege "geen warmtevraag" vanuit de thermostaat, want bij H is nog niet de bovenste drempelwaarde van het cv-water is bereikt, en hoeft dáárom de cv-watertemperatuurbewaking in te grijpen.

Testen op pendelgedrag

Wil je weten of jouw cv-installatie ook last heeft van pendelen, laat dan eerst je woning voor een periode van een halve of hele dag niet verwarmen. De temperatuur in de woning is dan gedaald van 21 naar bijvoorbeeld 19,5°C. Wanneer je daarna de cv-warmtepomp inschakelt (of andere warmtebron), dan zijn er twee mogelijkheden: de warmtepomp stopt pas als de doeltemperatuur van 21°C is bereikt (dan geen pendelen), of hij stopt één of meerdere keren nog voordat de doeltemperatuur is bereikt (dan dus wel pendelen).

Voer deze test uit als de buitentemperatuur onder de tien graden is. Want bij relatief hoge buitentemperaturen in het stookseizoen neemt de kans toe dat pendelen wel ontstaat terwijl dit bij lagere temperaturen (bij jou mogelijk) niet voorkomt[1].

De grens van wel of niet pendelen is dus, technisch bezien, scherp te stellen. Maar in de praktijk zal de installateur zijn gevoel laten spreken. Menigeen zal, wanneer de cv-warmtepomp zich één keer per uur inschakelt, dit af doen als "niet pendelen" en krijg je de standaard zin te horen "dat hoort zo".

Maar "dat hoort helemaal niet zo", alleen als dit pendelen een frequentie heeft van één uur is dit, naar onze mening, nét het randje tussen zeer ongewenst en knap vervelend. Dat komt omdat de pendelfrequentie, de tijd tussen twee inschakelmomenten, een zéér grote invloed heeft op de levensduur van je cv-warmtepomp. Want het aantal keren dat een cv-warmtepomp, gedurende zijn leven, kan in- en uitschakelen is "beperkt". Lees daar meer over, en helaas ook onze eigen slechte ervaring, in het artikel over de levensduur van een cv-warmtepomp.

Pendelen is feitelijk nooit goed, maar bij een bepaalde pendelfrequentie "kan je er mee leven". Maar dat is een persoonlijke afweging. Wij zijn met een pendelfrequentie van één uur ontevreden. Als het twee uur is vinden we het jammer, maar "zouden we er mee kunnen leven" omdat dit geen echte invloed meer heeft op de levensduur en het rendementsverlies beperkt is.

Wat gebeurd er tijdens pendelen?

Pendelgedrag ontstaat wanneer het vermogen (de warmte) die de warmtebron produceert groter is dan het vermogen (de warmte) die het afgiftesysteem afstaat. Als gevolg daarvan stijgt[2] de aanvoertemperatuur[3] van het cv-water.

Bij pendelen schakelt de warmtebron, zoals cv-ketel of cv-warmtepomp, zichzelf uit omdat de aanvoertemperatuur té hoog oploopt en een bepaalde drempelwaarde overschrijdt. De circulatiepomp blijft wel doorpompen waardoor de warmte in het cv-water getransporteerd blijft worden naar het afgiftesysteem en de warmte af blijft staan aan de woning waardoor de watertemperatuur steeds verder daalt. Zodra de temperatuur van het cv-water onder een drempelwaarde komt schakelt de warmtebron zich weer in. Vervolgens stijgt de temperatuur van het cv-water weer voorbij een bepaalde drempelwaarde en schakelt de warmtebron zich weer uit. Deze cyclus blijft zich herhalen.

De drempelwaardes van de watertemperatuur die we in dit artikel noemen, worden zeker bij een cv-warmtepompen, voornamelijk bepaald door de weersafhankelijke regeling (WAR) die op basis van de buitentemperatuur en de ingestelde stooklijn de "gewenste" cv-watertemperatuur berekent.

Hoever de cv-watertemperatuur mag afwijken van de gewenste cv-watertemperatuur wordt bepaald door ingestelde hysterese. Die twee samen, de gewenste temperatuur uit stooklijn + de hysterese, bepalen de drempelwaardes.

Als voorbeeld, bij een vloerverwarming zal de stooklijn van de weersafhankelijke regeling bepalen dat de temperatuur van het cv-water 27°C moet zijn bij een bepaalde buitentemperatuur. Wanneer de hysterese is ingesteld op 2°C, dan zal de cv-warmtepomp zich inschakelen bij een watertemperatuur van 26°C (27-1) en uitschakelen bij een temperatuur van 28°C (27+1). Sommige fabrikanten leggen de term hysterese anders uit, en dan zal de temperatuur in dit voorbeeld maar fluctueren tussen 26 en 28°C. Lees hier meer over in het artikel over de hysterese.

Naast een cv-watertemperatuurbewaking op basis van stooklijntemperatuur + hysterese, kiezen sommige fabrikanten voor de stooklijntemperatuur in combinatie met graadminuten.

Hoe ontstaat pendelen?

Om pendelen te doorgronden moeten we eerst de beginselen van een verwarmingssysteem uitleggen. Een warmtebron (cv-ketel of cv-warmtepomp) produceert warmte. Die warmte moet verdeeld worden over de verschillende ruimtes van de woning. Om de warmte van de centrale warmtebron over te dragen naar de verschillende ruimtes wordt water gebruikt. Dat water noemen we cv-water.

De circulatiepomp pompt het cv-water door de warmtebron en wordt daar opgewarmd. Daardoor stijgt de temperatuur van het cv-water. Vervolgens stroomt het warme water via leidingen naar het afgiftesysteem (radiatoren/convectors/vloerverwarming). De temperatuur van dit cv-water noemen we de aanvoertemperatuur of kortweg Ta (de T staat voor temperatuur).

Het afgiftesysteem staat de warmte uit het cv-water af aan de ruimtes in de woning die daardoor warmer worden en het cv-water koelt als gevolg daarvan af. De temperatuur van het cv-water dat weer terug naar de warmtebron stroomt noemen we de retourtemperatuur of Tr.

De hoeveelheid warmte (het vermogen) die de warmtebron produceert en de hoeveelheid warmte (het vermogen) dat het afgiftesysteem kan afstaan wordt uitgedrukt in Watt.

Nou dat was niet al te moeilijk toch? Nu gaan we kijken wat er gebeurt als de vermogens van warmtebron en afgiftesysteem wel of niet in balans zijn. Het betreft een denkbeeldig voorbeeld en de waarden zijn fictief. Ook hebben we hier en daar de zaken vereenvoudigd en hebben we niet relevante complexiteit weggelaten[4] omdat die niet nodig is om het fenomeen pendelen te doorgronden.

In dit fictieve voorbeeld heeft de warmtebron een thermisch vermogen van 4000 Watt en zijn er drie mogelijk scenario's denkbaar:

  1. Het vermogen van de warmtebron is kleiner dan het vermogen van het afgiftesysteem.
  2. Het vermogen van de warmtebron is exact gelijk aan het vermogen van het afgiftesysteem.
  3. Het vermogen van de warmtebron is groter dan het vermogen van het afgiftesysteem.

1. Vermogen warmtebron kleiner dan afgifte

De warmtebron produceert een vermogen van 4000 Watt, en het afgiftesysteem kan 5000 Watt afstaan, dus 4000 Watt zal het afgiftesysteem zeker kunnen afstaan.

Stel dat de aanvoertemperatuur 45°C is, dan zal het cv-water in het afgiftesysteem vrijwel alle warmte kwijtraken en wordt afgekoeld tot bijvoorbeeld 35°C.

Deze situatie noemen we dat de warmtebron "alle warmte kwijt kan" aan het afgiftesysteem. De aanvoertemperatuur blijft in deze situatie 45°C en de retourtemperatuur blijft 35°C. De warmtebron is in dit voorbeeld in staat (met het vermogen van 4000 Watt) het cv-water met 10°C te laten stijgen.

Dit scenario is de "normale" situatie bij een goed functionerend verwarmingssysteem. In dit scenario kan geen pendelgedrag ontstaan.

2. Vermogen warmtebron gelijk aan afgifte

De warmtebron heeft nog steeds een vermogen van 4000 Watt, maar in dit scenario kan het afgiftesysteem ook precies deze 4000 Watt afstaan. Ook in deze situatie kan de warmtebron "alle warmte kwijt". Ook hier is de aanvoertemperatuur 45°C en de retourtemperatuur is 35°C.

In deze situatie is de productie en afgifte precies in balans. Technische gesproken is deze situatie denkbaar, maar praktisch zal deze situatie nooit lang bestaan en zal heel snel naar scenario 1 of 3 overgaan (waarom dat zo is valt buiten het bestek van dit artikel). Zolang deze theoretische balanssituatie bestaat zal er geen sprake zijn van pendelen. Want de aanvoertemperatuur zal niet (ongewenst) stijgen zoals dit wel is in het volgende scenario.

3. Vermogen warmtebron groter dan afgifte

In dit scenario heeft de warmtebron nog steeds een vermogen van 4000 Watt maar het afgiftesysteem kan maar 3000 Watt afgeven. Dit betekent dat niet alle warmte uit het cv-water afgestaan kan worden door het afgiftesysteem. Het cv-water wordt hierdoor minder sterk afgekoeld.

De aanvoertemperatuur was in eerste instantie 45°C maar toen het water terug stroomde naar de warmtebron was dit niet tot 35°C maar tot bijvoorbeeld 37°C afgekoeld.

Nu doet zich iets opmerkelijks voor omdat de retourtemperatuur nu geen 35 maar 37°C is. De warmtebron van 4000 Watt laat het water (in dit voorbeeld) met 10°C stijgen. Zodra het cv-water één "rondje" heeft gemaakt (warmtebron-afgiftesysteem-terug naar warmtebron) zal de aanvoertemperatuur nu worden: 37+10=47°C. Toen de warmtebron net aanging was aanvoertemperatuur 45°C maar na één rondje van het cv-water is dit reeds gestegen tot 47°C. Bij ieder volgend "rondje" zal het cv-water met 2°C stijgen.

Je zal begrijpen dat dit niet zo door kan gaan. Het cv-water wordt op een gegeven moment wel héél erg heet. In een cv-ketel zou dit er toe kunnen leiden dat het water in de cv-ketel op een gegeven moment 100°C wordt en gaat koken.

Dan ontstaat er stoom en stoom neemt vele malen meer ruimte in beslag dan water. Maar die stoom kan geen kant op, een centraal verwarmingssysteem is immers een gesloten systeem. Dus dat zou er toe kunnen leiden dat een leiding ergens op een zwakke plek zal gaan lekken of zelfs ontploffen. Dat willen we natuurlijk niet.

Daarom zal een cv-ketel altijd de temperatuur van het cv-water bewaken en zodra dit boven een bepaalde grens komt schakelt de ketel zichzelf, als voorzorgsmaatregel, uit. Mocht dat toch fout gaan, er is nog een backup: het cv-systeem heeft altijd een overdrukventiel dat opengaat als de druk te hoog wordt.

Een cv-warmtepomp werkt met veel lagere temperaturen. Voor de meeste warmtepompen is 55°C al de uiterste grens en schakelt zichzelf dan uit.

Pendelen en de invloed van de hysterese

De hysterese bepaalt de afwijking (de drempelwaardes) die het cv-water mag hebben ten opzichte van de gewenste cv-watertemperatuur.

Hoewel hysterese op zich pendelen niet kan voorkomen, heeft het wel invloed op de pendelfrequentie. Hoe groter de hysterese (de toegestane afwijking t.o.v. de gewenste temperatuur), hoe lager de pendelfrequentie wordt. Daarmee zou je een pendelfrequentie die te hoog is, en de levensduur van je cv-warmtepomp te sterk bekort, kunnen beïnvloeden door de hysterese groter te kiezen.

Een (versimpeld) voorbeeld: stel een cv-warmtepomp staat te pendelen en de aan- uitperiodes zijn beiden 10 minuten. Na het inschakelen loopt in 10 minuten de cv-watertemperatuur op van de inschakeldrempelwaarde, bijvoorbeeld 26°C, naar de uitschakeldrempelwaarde van 27°C. Dat is dus een hysterese van 1°C.

Wanneer je de hysterese verhoogt van 1 naar 2°C, dan zullen de drempelwaardes veranderen naar 25,5°C en 27,5°C.

Hierdoor zal na inschakelen van de cv-warmtepomp het langer duren voordat de hoogste drempelwaarde van 27,5°C wordt bereikt. Die tijd wordt bijvoorbeeld met 50% verlengd. Dus de inschakeltijd is toegenomen van 10 naar 15 minuten. Ook duurt het langer voordat het cv-water is afgekoeld van 27,5 naar 25,5°C, dat duurt bijvoorbeeld ook 15 minuten (dit is fictieve waarde, maar we houden het simpel). Bij elkaar zal dit er voor zorgen dat de pendelfrequentie verlaagd wordt van 20 minuten naar 30 minuten.

Verhoog je de hysterese naar 3 graden dan wordt de pendelfrequentie nóg eens verlaagd. En dat zou mogelijk het verschil kunnen zijn tussen een pendelfrequentie die wél desastreuze gevolgen heeft voor de levensduur van de cv-warmtepomp of dat dit "niet meer zéér ernstig is" (maar het pendelen wel vervelend is en blijft maar de cv-warmtepomp hopelijk de 15 jaar zal halen).

Dus door de hysterese (of het aantal graadminuten) hoger te kiezen, zal het pendelen wel blijven, maar het wordt minder sterk. Maar dat gaat wel ten koste van het comfort. Hoe sterker de cv-watertemperatuur fluctueert, hoe sterker de temperatuur in de woning fluctueert. Bij gebruik van vloerverwarming zal je hier minder van merken in vergelijking met radiators, convectors of fancoils. Dat zijn immers "snelle" afgiftesystemen. Ze zorgen dat de woningtemperatuur sneller stijgt dan bij een vloerverwarming, maar de temperatuur daalt ook weer snel zodra de cv-warmtepomp zich uit heeft geschakeld.

Mogelijk is het verhogen van de hysterese een goede tijdelijke oplossing (voor het verlengen van de levensduur van de cv-warmtepomp) tot je het probleem aan de afgiftekant hebt opgelost.

Pendelen en het gebruik van een buffervat

Veel installateurs van cv-warmtepompen installeren op voorhand een buffervat. Zij weten dat veel cv-installaties (lees: afgiftesystemen en de bijbehorende hoofd cv-leidingen) feitelijk niet, of minder, geschikt zijn voor gebruik van een cv-warmtepompen en daardoor pendelen ontstaat.

Ook de fabrikanten weten dit en adviseren (haast verplichten) om een buffervat in het cv-circuit op te nemen. De meeste installateurs nemen dat advies klakkeloos over want, zo is de redenering, het brengt cv-installaties die in onbalans zijn weer in balans. Of zoals het ook vaak gezegd of geschreven wordt "een buffervat zorgt voor een rustig gedrag van de warmtepomp", lees: het zou pendelen voorkomen.

Maar een buffervat is symptoombestrijding, het neemt het werkelijk probleem niet weg. Het wordt een beetje onder het tapijt geschoven, het pendelen wordt net wat minder. Maar pendelen verdwijnt niet.

Een uitzondering daargelaten, maar een buffervat is altijd een lapmiddel. De installateur heeft geen tijd of zin (of kennis) om de klant uit te leggen dat als je een cv-warmtepomp neemt, je ook stevige maatregelen moet nemen om het afgiftesysteem geschikt te maken voor gebruik van een cv-warmtepomp.

Want zo'n gesprek levert altijd weerstand op bij de klant, want het kost de klant altijd extra geld en mogelijk groots hak- en breekwerk (en ook veel tijd van de installateur en in diezelfde tijd installeert hij liever een extra cv-warmtepomp).

Dus een buffervat wordt samen met de cv-warmtepomp er in geknikkerd. Dat het voor de klant nadelen heeft daar wordt met geen woord over gerept.

Mocht het idee zijn ontstaan dat je denkt dat wij buffervaten ondingen vinden, en het woord gelijk uit de woordenboeken en uit ons glossarium verwijderd moet worden, die hebben onze subtiele hints tussen de regels door goed waargenomen.

Lees het artikel over buffervaten waar we, heel genuanceerd ;o) de voor- en tegens van een buffervat beschrijven.

Pendelen en de naregeling/zoneregeling

Een naregeling (zoneregeling) was in de late cv-ketel tijd een zegen. Met een naregeling kan je de temperatuur per kamer regelen. Het idee was, als je niet van een bepaalde kamer gebruik maakte, dan zette je de verwarming uit. En dat bespaarde ook nog eens energie.

Bij gebruik van een cv-warmtepomp werkt dat precies andersom. Een naregeling verhoogt in principe het gebruik en kamers die je niet gebruikt kan je beter maar wel verwarmen, want dat bespaart energie. Daarnaast zorgen de meeste naregelingen (zoneregelingen) dat je cv-warmtepomp gaat pendelen en dat is weer niet goed voor de levensduur van de cv-warmtepomp.

Vandaar dat we een artikel hebben geschreven waarin we het voorgaande verklaren: de naregeling, van zegen tot vloek.

Pendelen bij aan/uit of modulerende cv-warmtepompen

Het gebruik van een aan/uit of een modulerende cv-warmtepomp heeft ook invloed op het pendelen. De aan/uit cv-warmtepomp, de naam zegt het al, staat aan en geeft een bepaalde hoeveelheid warmte, of staat uit. De geproduceerde warmte moet voldoende zijn om de woning warm te houden bij -10°C (tenzij sprake is van een bètafactor). De benodigde hoeveelheid vermogen is daarom behoorlijk groot in relatie tot het afgiftesysteem.

Want wil je een aan/uit warmtepomp niet laten pendelen, dan moet dit grote vermogen van de cv-warmtepomp afgegeven kunnen worden door het afgiftesysteem. Is het vermogen van het afgiftesysteem kleiner dan ontstaat gegarandeerd pendelen. Hoe sterk dat pendelen is (de frequentie daarvan) is afhankelijk van de onbalans tussen opgewekt thermisch vermogen en afgegeven thermisch vermogen.

Vanwege dit grote vermogen van een aan/uit cv-warmtepomp zal de kans op pendelen groter tot zelfs groot zijn in vergelijking met een modulerende cv-warmtepomp.

Bij een modulerende cv-warmtepomp (of cv-ketel die ook moduleert) zal de kans op pendelen veel kleiner zijn dan bij een aan/uit warmtepomp.

Ook een modulerende cv-warmtepomp moet bij -10°C buitentemperatuur flink wat vermogen leveren om de woning op temperatuur te houden. Bijvoorbeeld 8000 Watt

Alleen is een modulerende cv-warmtepomp in staat het afgegeven vermogen terug te regelen (te moduleren) naar bijvoorbeeld 2000 Watt. Zou je afgiftesysteem weinig vermogen kunnen afstaan, en bij een aan/uit cv-warmtepomp dit zou leiden tot pendelen, bij een modulerende cv-warmtepomp is de kans groot dat het minimum vermogen van de cv-warmtepomp lager is dan het vermogen dat het afgiftesysteem kan afstaan. Dus daarom zal de kans klein zijn dat pendelen ontstaat.

Je zal mogelijk denken, maar wacht even, als mijn afgiftesysteem een beperkt vermogen kan afgeven, dan kan bij -10°C de warmtepomp wel meer vermogen leveren, maar dat kan het afgiftesysteem toch niet afstaan, dus wordt de woning niet voldoende warm?

Dat lijkt een logische redenering, alleen is het vermogen dat het afgiftesysteem kan afstaan niet een vaste waarde. Die is (zeer sterk) afhankelijk van de cv-watertemperatuur. Hoe warmer het cv-water wordt, hoe meer vermogen het afgiftesysteem kan afstaan.

Van dat principe maakt ook het weersafhankelijk systeem gebruik. De warmteafgifte in de woning wordt geregeld door de cv-watertemperatuur, afhankelijk van de buitentemperatuur, te verhogen of te verlagen.

Denk nou niet dat bij modulerende cv-warmtepompen pendelen (vrijwel) niet voorkomt. Pendelen komt ook daar (veel) voor. De mogelijke oorzaken worden hierna behandeld.

Hoe is pendelgedrag te voorkomen?

Bedenk als eerste, is dit pendelgedrag ontstaan gelijk vanaf het begin van een nieuwe installatie, óf heeft er een wijziging plaatsgevonden waardoor het pendelgedrag is ontstaan? In dat laatste geval kan je nadenken wat voor gevolg die aanpassing heeft gehad en dat is de denkrichting voor een mogelijke oplossing.

Een voorbeeld: de radiatoren in je woning vindt je "geen waardevolle toevoeging aan het interieur" en daarom heb je de radiatoren "weggewerkt" door er een "kast met gaten of sleuven" er overheen te plaatsen. Die "omkasting" beperkt drastisch de warmteafgifte, dus het vermogen dat die radiatoren kunnen afstaan daalt aanzienlijk. Als dat afgiftevermogen onder het minimale vermogen komt van de warmtebron, dan is er sprake van bovenstaand scenario 3: het vermogen van de warmtebron is groter dan het vermogen van het afgiftesysteem. Dus gaat het systeem pendelen.

Een ander (bekend) voorbeeld: recentelijk is de cv-ketel vervangen voor een warmtepomp. De warmtepomp werkt met een veel lagere aanvoertemperatuur dan een cv-ketel. Om toch het vermogen af te kunnen geven moet bij een lagere temperatuur het debiet (het aantal liters cv-water per minuut) verhoogd worden. De circulatiepomp kan wel harder proberen te pompen maar de toevoerleidingen naar het afgiftesysteem zijn niet gedimensioneerd op een lage-temperatuurverwarming. De leidingen zijn te "smal" (hebben een te kleine diameter) waardoor niet voldoende cv-water door het systeem stroomt. Als cv-water te langzaam stroomt zal de temperatuur daarvan in de warmtepomp toenemen en boven een bepaalde grens zal de warmtepomp zichzelf uitschakelen. Mogelijk zelfs met een foutmelding die iets is als "kan de warmte niet kwijt".

Bovenstaand voorbeeld is ook van toepassing als je de temperatuur van het cv-water lager instelt. Toen het cv-water een temperatuur een waarde had van 70°C, was geen sprake van pendelgedrag. Maar nu je, uit energiebesparende overwegingen, de temperatuur op bijvoorbeeld 50 graden Celsius hebt gezet gaat het systeem ineens pendelen.

Dit gedrag is goed te verklaren. Het vermogen van het afgiftesysteem is niet een statisch gegeven (het heeft niet altijd dezelfde waarde). Het vermogen van het afgiftesysteem (de hoeveelheid warmte die het kan afstaan) is gerelateerd aan de temperatuur van het water dat er doorheen stroomt (zie onderstaande grafiek waarbij de temperatuur afgezet is tegen de vermogensafgifte bij een paneelradiator). Bij een hoge temperatuur is de afgifte (het vermogen) hoog, en hoe verder de temperatuur van het water daalt, hoe minder warmte wordt afgegeven, dus hoe lager het warmteafgevendvermogen van het afgiftesysteem.

Door het verlagen van de watertemperatuur, in dit voorbeeld van 70 naar 50 graden, daalt het vermogen van het afgiftesysteem, maar het (minimale) vermogen van de warmtebron is hetzelfde gebleven. Hierdoor ben je terechtgekomen in scenario 3: het vermogen van de warmtebron is groter dan het afgiftesysteem, dus gaat hij pendelen.

Wanneer je denkt, hoe komt het dat onze buren, die ook de temperatuur van de cv-ketel van 70 naar 50 graden hebben verlaagd geen last hebben van pendelen en maar wij wel, bedenk dan dat het afgiftesysteem bij de buren anders kan zijn. Meer radiatoren, grotere radiatoren, wellicht boosterventilatoren onder de radiatoren en is het vermogen van het afgiftesysteem groter dan zijn cv-ketel en gaat die dus niet pendelen.

Meer informatie over het tegengaan van pendelen is te vinden in dit artikel.

grafiek met op de x-as de temperatuur van de radiator en op de y-as de vermogensafgifte in Watt

Mogelijke oorzaken van pendelen

Hieronder beschrijven we een aantal mogelijke oorzaken waardoor pendelgedrag ontstaat:

  • Het (minimale) vermogen van de warmtebron is te hoog (hoger dan het vermogen van het afgiftesysteem); dit is een ontwerpfout. Hier kan al sprake van zijn tijdens de oplevering van de woning, maar ook nadien bij het vervangen van de warmtebron waarbij het (minimale) vermogen van het vervangende apparaat te hoog blijkt.
  • Radiatoren of vloerverwarming in bepaalde kamers zijn recent afgesloten om dat "het niet mooi stond" of werd het argument gebruikt "om energie te besparen". Hierdoor is het vermogen van het afgiftesysteem gedaald en kleiner geworden dan het minimale vermogen van de warmtebron.
  • Vergelijkbaar met het vorige punt. De kamers in de woning hebben een naregeling, dus (haast) iedere kamer heeft een thermostaat die een klep/ventiel/kraan bedient die het cv-water toelaat of juist blokkeert. Wanneer te veel kamers geen warmtevraag meer hebben (op temperatuur zijn en het afgiftesysteem door de naregeling dicht is gezet) kan de warmtebron zijn vermogen niet meer kwijt. Dit is een haast onoplosbare situatie. Een buffervat kan een oplossing zijn, maar feitelijk is dit een symptoombestrijding, de oorzaak wordt niet weggenomen (en dat is de naregeling). Een mogelijke oplossing is om de woonkamer (en mogelijk de badkamer) altijd open te houden (dus de naregeling in die ruimtes uit te schakelen / de thermostaat in die ruimten altijd hoog te zetten).
  • In de leidingen zit veel vuil (roest) en het vuilfilter is verstopt, daardoor is het debiet te laag geworden. Hoe lager het debiet, hoe minder vermogensoverdracht (warmteoverdracht) tussen warmtebron en afgiftesysteem (dus vermogensafgifte van het afgiftesysteem daalt).
  • De cv-ketel is vervangen door een andere cv-ketel en de nieuwe ketel heeft een minimaal vermogen dat hoger ligt dan de vorige ketel waardoor het minimale vermogen van de ketel hoger is dan het vermogen dat het afgiftesysteem kan afstaan.
  • De cv-ketel is vervangen door een cv-warmtepomp. De radiatoren en/of convectoren waren wel in staat voldoende warmte af te geven bij de cv-ketel vanwege de hoge cv-watertemperatuur, maar de cv-warmtepomp werkt met een flink lagere watertemperatuur. Daardoor zal het vermogen van het afgiftesysteem flink lager zijn. Daarom zullen in de meeste situaties bij de overgang naar een cv-warmtepomp de radiatoren vervangen moeten worden door types met een groter vermogen, liefst van het type 33 en minimaal in de woonkamer. Wanneer het vervangen van de radiatoren achterwege blijft zal mogelijk pendelen ontstaan.
  • Ook hier is de cv-ketel vervangen door een cv-warmtepomp. Alleen schuilt het probleem in een andere hoek. Bij een cv-ketel is het temperatuurverschil tussen aanvoer en retour, de zogenaamde delta-T, circa 20°C. Bij een warmtepomp is dit circa 5°C. Om bij een lagere delta-T toch dezelfde hoeveelheid warmte te transporteren moet het debiet 20°C/5°C=4 keer hoger zijn. Maar het gewenste debiet wordt niet bereikt vanwege de te kleine diameter van de hoofd cv-leidingen. De circulatiepomp harder laten pompen helpt meestal maar een beetje en als hij te hard pompt zal (bij die dunne leidingen) de stroomsnelheid van het cv-water hoger worden dan 0,5 m/s en dat kan dan leiden tot ongewenste stromingsgeluiden. Daarnaast zijn vaak "knietjes" gebruikt (knelkoppeling die een hele korte bocht maakt van 90°) die extra weerstand geven.
  • Ongebruikelijk maar mogelijk: aan het cv-water is een andere stof gemengd zoals glycol om mogelijke bevriezing te voorkomen. Dit glycol/water mengsel heeft een lagere soortelijke warmte dan puur water en daardoor zal de temperatuur van het cv-water kunnen stijgen. Het mengsel kan minder energie verplaatsen en het afgiftesysteem kan minder warmte afgeven waardoor het vermogen van het afgiftesysteem daalt.

Hoe kan je pendelen voorkomen of oplossen?

Dit artikel is al lang genoeg geworden en de oplossing tegen het pendelen is te lezen in het artikel hoe kan pendelen voorkomen worden?

  1. Pendelen ontstaat feitelijk als het vermogen van de warmtebron hoger is dan het vermogen dat het afgiftesysteem kan afstaan. Wanneer de buitentemperatuur relatief hoog is zoals in het begin en einde van het stookseizoen, dan zal een lucht/water warmtepomp (dit geldt dus niet voor water/water warmtepompen) een hoger minimum vermogen hebben (als de temperatuur daalt hebben deze cv-warmtepompen een steeds lager vermogen, als de buitentemperatuur stijgt, stijgt ook het vermogen van de cv-warmtepomp, dus ook het minimum vermogen). En dáárdoor zal de kans groot zijn dat juist dan, door dit grotere minimum vermogen, pendelen ontstaat. Dat is haast niet te voorkomen maar is dan, voor een kortere periode ook niet heel erg. Maar als dit pendelen ook nog voorkomt onder de 10 graden buitentemperatuur (hoewel dit een zeer arbitraire grens is) dan is echt sprake van pendelen.
  2. Wanneer een warmtebron het cv-water verwarmt met een bepaald vermogen, maar het afgiftesysteem kan dit vermogen "niet kwijt" (het vermogen van het afgiftesysteem is lager dan die van de warmtebron), dan is het natuurkundige gevolg dat het cv-water in temperatuur stijgt. Je kent dit fenomeen al, bijvoorbeeld bij een boiler in een keukenkastje. Als de temperatuur in de boiler te laag is, schakelt de thermostaat het elektrisch element in. Daardoor wordt een bepaald vermogen aan het water toegevoerd. Het water wordt warmer, maar tegelijkertijd zal de boiler, ondanks de isolatie, warmte afstaan aan de omgeving. In het keukenkastje is het daarom altijd warm(er). De buitenkant van de boiler gedraagt zich daardoor als een soort radiator. Die radiator (de boiler dus) zal warmte afstaan met een bepaald vermogen. Maar het afgegeven vermogen is lager dan het vermogen van het elektrisch element. En dáárom zal de temperatuur van het water in de boiler stijgen (gelukkig maar). Wanneer het water van de boiler een bepaalde temperatuur heeft bereikt zal de thermostaat het verwarmingselement uitschakelen. De radiator (de buitenkant van de boiler) blijft warmte afgeven en dáárdoor daalt de temperatuur van het water in de boiler. Tot het moment dat de thermostaat het te koud vindt en dan begint de hele cyclus opnieuw. Dit gedrag is precies hetzelfde dat gebeurt bij een cv-installatie waarbij de warmtebron meer vermogen produceert, dan het afgiftesysteem kan afstaan. En dan ontstaat het pendelgedrag van opwarmen/afkoelen/opwarmen/afkoelen.
  3. We schrijven hier aanvoertemperatuur (van het cv-water), maar sommige fabrikanten "regelen" niet op basis van de aanvoertemperatuur, maar op basis van de retourtemperatuur. Dat is een keuze, en dat is hier niet relevant.
  4. In het voorbeeld dat we in dit artikel hebben gebruikt gaan we er van uit dat de vermogensafgifte een vaste waarde is. Maar het vermogen dat een radiator of vloerverwarming kan afgeven is (in dit kader) afhankelijk van de omgevingstemperatuur. Dat betekent dat als de temperatuur van een ruimte stijgt zal de vermogensafgifte (enigszins) dalen. Overigens, de vermogensafgifte van het afgiftesysteem is daarnaast ook nog afhankelijk van de aanvoertemperatuur en het verschil tussen de aan- en retourtemperatuur én de soortelijke warmte van de vloeistof, die is voor water bekend, maar mocht je het cv-water mengen met glycol vanwege mogelijke bevriezingsverschijnselen, dan zal de vermogensafgifte ook dalen.

publicatie: 20230930

aanpassing/controle: 20240405

Foutje of aanvulling? Stuur ons een reactie

home­ >verwarming