De warmtepomp en de noodzaak van een buffervat

In dit deel van het gesprek komt de term buffervat aan de orde. Leo is daar niet zo enthousiast over. Hij vertelt waarom een buffervat soms noodzakelijk is maar ook wat de nadelen zijn en wanneer je hem weg kan laten.

Zeg Lex, ik wil het nu even met je hebben over de noodzaak van een buffervat bij een warmtepompinstallatie.

Een buffervat, is dat iets anders dan een boiler?

Ze lijken sprekend op elkaar, maar de functie is totaal anders.

In welk opzicht verschillen ze van elkaar?

In een boiler zit warm tapwater. In een buffervat zit warm cv-water.

CV-water? Maar wat voor nut heeft het om cv-water door een boiler gelijkend apparaat te leiden, dat kan toch veel beter direct naar de radiatoren of vloerverwarming?

Dat is inderdaad wel het beste, dus totaal geen buffervat. Maar in sommige situaties heb je er toch eentje nodig.

En in welke situatie is dat?

Technisch gezien luidt het antwoord "een buffervat is noodzakelijk als de systeeminhoud lager is dan de minimale benodigde systeeminhoud van de warmtepomp", maar dan wordt het niet helderder voor je denk ik.

Totaal niet. Wat wordt bedoeld met systeeminhoud?

Met systeeminhoud wordt letterlijk de inhoud van je systeem bedoeld. Het aantal liters water dat in je radiatoren, vloerverwarming en buizen van je centrale verwarming zit.

En wat is het belang van die systeeminhoud?

De systeeminhoud is om diverse redenen van belang.

Als eerste moet ik je het fenomeen ontdooicyclus, ook wel defrost-cycle genoemd, uitleggen^[1]. Bij buitentemperaturen net even boven het vriespunt maar vooral in combinatie met een hoge luchtvochtigheid, zeker in de dagen waarin mist voorkomt, zal in de buitenunit van de warmtepomp rijp ontstaan. Dat is logisch want de warmtepomp koelt de buitenlucht af dus is de temperatuur van de buitenunit onder het vriespunt. De vochtige lucht condenseert dan in de buitenunit die zo koud is, en vriest gelijk aan waardoor rijp ontstaat.

Op een gegeven moment is de rijpaangroei zo sterk dat er geen lucht meer door de buitenunit kan stromen en dan werkt de warmtepomp natuurlijk niet meer. De warmtepomp ontdekt dit zelf en start dan een ontdooicyclus. Dan wordt de warmtepomp technisch gezien omgekeerd en wordt uit je woning warmte gehaald die aan de buitenunit wordt afgegeven. Daardoor stijgt de temperatuur in de buitenunit en ontdooit en verdampt de rijp binnen een paar minuten. Dat is een heel apart gezicht als zoiets gebeurt. Want op dat moment ontstaat veel smeltwater, en daarna veel stoom. Het lijkt wel een stoomtrein. Maar dat is dus helemaal de bedoeling.

Nou komt het, de warmte die gebruikt wordt voor het ontdooien komt uit het water van je verwarmingssysteem. Als de systeeminhoud maar bijvoorbeeld 20 liter is, dan zit daar te weinig "warmte" in om die buitenunit te ontdooien en dan werkt de warmtepomp niet meer zoals het hoort of stopt zelfs geheel met verwarmen. Dus dat is een van de redenen dat je cv-installatie voldoende waterinhoud moet hebben.

De fabrikant specificeert per model wat de minimale systeeminhoud moet zijn. Is die bij jou te klein, dan kan je die waterinhoud vergroten door een buffervat toe te voegen. Vaak is dan een vat van 20 tot 40 liter al voldoende. Zo'n vat wordt een schakelvat of serieel buffervat genoemd. Het wordt geplaatst in serie met de retour cv-leiding.

Nou 20 tot 40 liter valt wel mee, dat is iets anders dan een paar honderd liter die een boiler groot is.

Klopt. Maar een buffervat wordt soms ook in een andere situatie toegepast, maar dat vergt wat achtergrondinformatie. Warmtepompen kunnen moduleren, dat wil zeggen dat ze veel maar ook minder warmte kunnen produceren. Als een warmtepomp bijvoorbeeld 8 kW maximaal kan afgeven aan warmte, dan kan hij op zijn laagste stand iets van 3 kW afgeven. En om dat minimale vermogen draait het. Als de warmtepomp die 3 kW aan warmte produceert dan moet je afgiftesysteem ook die 3 kW aan warmte kwijt kunnen.

En wat gebeurt er als dat niet zo is?

Dan heb je een probleem, en dat wordt "pendelen" genoemd. Want je hebt immers 1 kW warmte "over". Stel dat je warmtepomp hebt die niet pendelt. Dan verwarmt de warmtepomp het cv-water tot bijvoorbeeld 35 graden. Het cv-water stroomt vervolgens door het afgiftesysteem en staat een deel van de warmte af. Laten we eens aannemen dat het cv-water met 5 graden afkoelt. Het water dat weer retour komt naar de warmtepomp heeft dan een temperatuur van 30 graden. Terwijl het water door de warmtepomp stroomt wordt het met 5 graden opgewarmd en is dan opnieuw 35 graden. Dan is er sprake van een stabiele situatie.

Maar nu de situatie als het afgiftesysteem die warmte niet voldoende kwijt kan. Het water verlaat de warmtepomp met 35 graden maar wordt door het afgiftesysteem maar afgekoeld tot bijvoorbeeld 31 graden. Het cv-water dat retour stroomt is dus niet 30 maar 31 graden. De warmtepomp verhoogt de temperatuur met 5 graden. Dus nadat het cv-water één rondje gemaakt heeft stroomt er geen cv-water van 35 graden uit de warmtepomp maar is dan 36 graden. Het rondje daarna 37, dan 38 en ga zo maar door.

Maar er doet zich dan een interessant verschijnsel voor. De warmteafgifte van radiatoren of vloerverwarming neemt toe naarmate de temperatuur van het cv-water hoger wordt. Kon het afgiftesysteem bij 35 graden maar 2 kW afstaan, maar bij een cv-watertemperatuur van 39 graden is dat al gestegen tot 3 kW. Bij die 39 graden is dus wel sprake van een stabiliteit. De 3 kW vermogen van de warmtepomp kan het afgiftesysteem bij 39 graden watertemperatuur wél kwijt omdat dan het afgiftesysteem wel 3 kW warmte afstaat.

Dat is op zich mooi, maar het heeft dus als nadeel dat de watertemperatuur 4 graden hoger is. En dat resulteert in een 8% hoger elektriciteitsverbruik.

Maar in de praktijk gebeurt er iets anders. Een warmtepomp gebruikt meestal een weersafhankelijke regeling, wat dat is daar kom ik later op terug. Maar die regeling bepaalt wat de cv-watertemperatuur moet zijn. Bijvoorbeeld maximaal 36 graden en als het water warmer wordt dan schakelt de warmtepomp zich uit. Dan zal langzaam de temperatuur van het water dalen en als het bijvoorbeeld 34 graden is, schakelt hij zich weer in. Maar binnen de kortste keren zal de temperatuur weer 36 graden zijn en begint het hele liedje van voren af aan. De warmtepomp schakelt zich frequent in en uit, en dat wordt pendelen genoemd. En dat is wat je te allen tijde moet zien te voorkomen.

En hoe kan je dat voorkomen?

Daar zijn drie oplossing voor, één goede en twee mindere.

Oplossing 1: de warmtepomp die je gaat kopen moet een minimaal vermogen hebben dat lager is dan het warmteafgevendvermogen van jouw afgiftesysteem (bij een door jouw gewenste cv-watertemperatuur). Zoals ik al zij kunnen de warmtepompen moduleren, dus kunnen meer of minder warmte produceren. Maar dat modulatiebereik heeft zijn grenzen. Zo zal een warmtepomp, als voorbeeld, een maximum vermogen hebben van 9000 Watt en een minimum vermogen van bijvoorbeeld 3000 Watt. Hoewel het per model en fabrikant verschilt, maar hou voor het gemak aan dat het minimum vermogen een derde tot een kwart is van het maximum vermogen.

Als het minimum vermogen voor jouw afgiftesysteem te hoog is, dan zou je mogelijk om moeten kijken naar een warmtepomp met een kleiner minimaal vermogen. Maar, bij een lager minimum vermogen hoort ook een lager maximum vermogen. En je moet het maximum vermogen niet uit het oog verliezen, want in barre winterse dagen heb je natuurlijk meer warmte nodig.

Okay, dat is helder. Maar er waren nóg een twee andere oplossing maar die waren wat "minder"?

Klopt. Oplossing 2: je past de cv-watertemperatuur van de weersafhankelijke regeling aan naar, in dit voorbeeld, 39 graden. Dan stopt waarschijnlijk het pendelen, anders moet je de temperatuur van het cv-water nog sterker verhogen, maar dan verbruikt je warmtepomp meer elektriciteit dan strikt noodzakelijk, bij een verhoging van 4°C in dit voorbeeld levert dat een 8% hoger elektriciteitsverbruik op. Het is een oplossing, het is redelijk acceptabel, maar het verdient geen schoonheidsprijs.

Er is nog een derde oplossing, maar dat is de minste van alle. Daarbij wordt gebruik gemaakt van een buffervat.

Deze oplossing wordt door veel installateurs gekozen. Door een buffervat te gebruiken zal niet alleen cv-water door je afgiftesysteem stromen, maar ook door het buffervat. Dat betekent dat de temperatuur van het buffervat, net als het afgiftesysteem, in temperatuur zal toenemen in geval van pendelen. Doordat de warmtepomp niet alleen het afgiftesysteem moet opwarmen maar ook het buffervat zal de snelheid waarmee de temperatuur van het cv-water stijgt iets minder snel plaatsvinden. Hoe groter de inhoud van het buffervat is, hoe trager het gaat. In de praktijk zal het bijvoorbeeld twee keer zo lang duren voordat de temperatuur van het water té warm wordt en de warmtepomp zichzelf uitschakelt.

Het enige lichtpuntje wat ik zie aan het gebruik van een buffervat is dat het aantal schakelmomenten van de warmtepomp zal verminderen en dat is wel goed. Maar systeem blijft pendelen. En dat moet je niet willen hebben.

Want?

Als de warmtepomp ergens een hekel aan heeft, is dat pendelen. Een warmtepomp heeft niet het eeuwige leven, het frequent inschakelen bekort zijn levensduur zéér sterk. Je moet kost wat kost dat pendelen zien te voorkomen.

Niet alleen is dat pendelen funest voor de levensduur, maar een warmtepomp werkt pas efficiënt als hij minimaal een kwartiertje warmte staat te maken, tot die tijd werkt hij niet optimaal. Dat is helemaal niet erg, want bij een goed ontworpen systeem draait een warmtepomp bij voorkeur vele uren achtereen. Vier tot achttien uur achtereen draaien is heel normaal voor een warmtepomp en daar zou je heel blij mee moeten zijn. Want hoe langer hij aanstaat, hoe zuiniger hij is en hoe langer hij mee gaat.

Om het probleem van pendelen te onderbouwen, kan ik je vertellen dat een bekende fabrikant op haar warmtepompen een servicecontract aanbiedt. Je betaalt één vaste prijs per jaar, en zij nemen alle service en reparatiekosten voor hun rekening.

In de kleine lettertjes staat wel dat zodra de som (optelling) van het aantal inschakelingen en bedrijfsuren tezamen de 120.000 overstijgt, dat ze dan reparaties niet meer "gratis" uitvoeren. De fabrikant is natuurlijk ook niet gek. Die weet heel goed na hoeveel inschakelingen en/of bedrijfsuren het einde van de levensduur in zicht komt en het aantal reparaties ineens torenhoog worden, en dan is het voor hen niet meer lucratief. En als je het aantal inschakelmomenten laag weet te houden, dan zal alleen het aantal bedrijfsuren een rol spelen bij de levensduur en dan voorspelt men een hele prettige en lange levensduur volgens de insiders.

Stel dat iedere dag je warmtepomp twee keer aanslaat, en gemiddeld 16 uur per dag draait (bijvoorbeeld twee keer acht uur), dan is de som van het aantal schakelmoment en bedrijfsuren per dag dus 16+2=18. In een stookseizoen van 180 dagen zou dat 180x18=3240 zijn. Als we 120.000 delen door die 3240 komen we uit op een geschatte levensduur van 37 jaar.

Als je warmtepomp niet twee keer per dag aanslaat maar 96 keer per dag (iets meer dan eens per tien minuten) en daar tellen we de 16 bedrijfsuren bij op, dat is 112, dus komen we op een som van 180x112=20.160 per stookseizoen. Dan is de verwachtte levensduur maar 120.000/20.160=6 jaar. Dat is natuurlijk een theoretische benadering want 37 jaar zal een warmtepomp niet halen, maar het geeft je wel een goede indicatie wat voor enorme invloed het frequent in- en uitschakelen heeft op de levensduur.

Hoewel ik niet enthousiast wordt van een extra ruimte innemend vat, maar het verlengen van de levensduur door gebruik te maken van een buffervat lijkt me een goed idee?

Het is inderdaad een oplossing. Maar goed zou ik zeker niet noemen.

Feitelijk is in dit geval het gebruik van een buffervat symptoombestrijding. Je cv-systeem is feitelijk in onbalans. Het vermogen die de warmtepomp produceert is hoger dan het vermogen dat je afgiftesysteem kan afstaan. Dát probleem zou je moeten oplossen, dan heb je helemaal geen buffervat nodig. Ter illustratie, onze warmtepomp draait vrijwel continue tijdens het stookseizoen, afslaan is er nauwelijk bij. En daar wordt de warmtepomp, en het baasje, blij van. Daarnaast, een buffervat kost geld, neemt plaats in beslag, maar is daarnaast energieverbruik verhogend.

Energieverbruik verhogend?

Jaha, als je een buffervat nodig hebt dan loopt je watertemperatuur op en dat zou je eigenlijk helemaal niet willen hebben. Je wilt namelijk verwarmen op een vaste, zo laag mogelijke cv-watertemperatuur. Door het buffervat los je dat probleem niet op, het enige wat er gebeurt, is dat het oplopen van de watertemperatuur stomweg wat trager gaat.

En dat is erg?

Ja, want door dat buffervat zal de watertemperatuur langzaam stijgen, dus dan verbruikt de warmtepomp meer elektriciteit. Zonde. Vaak wordt een buffervat ook nog voorzien van een extra circulatiepomp en die vraagt ook elektriciteit. Bij een berekening achterop een bierviltje kwamen we tot 10% meer elektriciteitsverbruik, dus een 10% hogere energierekening, alleen omdat een buffervat "door de installateur werd geadviseerd".

Kan jij een inschatting doen of ik ook een buffervat nodig heb?

Bij jou kan ik dat zeker doen. Jij hebt beneden een vloerverwarming, en dat is een zogenaamd natbouw vloerverwarming. Daarbij zijn de leidingen gelegd voordat de dekvloer gestort werd. En jouw vloerverwarming beslaat ook nog eens een flinke oppervlakte. Door de oppervlakte én het natbouwsysteem zal het lang duren voordat je vloer warm wordt. Dat kan je als nadeel zien, maar dat is hier juist een voordeel. Mocht er al sprake zijn van onvoldoende afgevend vermogen van je afgiftesysteem, dan is feitelijk je vloer met die vloerverwarming een heel groot buffervat.

Gelukkig, dan hoef ik dus niet meer te denken aan een buffervat.

Precies. Maar stel dat je droogbouw vloerverwarming zou hebben, dat is vloerverwarming die achteraf "op" je vloer is gelegd, dan ligt dat heel anders, dan moet berekend worden of dat samen met de andere onderdelen van het afgiftesysteem voldoende systeeminhoud oplevert.

Mooi. Maar stel dat ik een offerte ga krijgen van een installateur die wél een buffervat aanbiedt?

Omdat je vloerverwarming hebt die als buffer werkt, heb je dus geen buffervat nodig. Zeg dan tegen de installateur dat je daar van afziet, of je vraagt bij iemand anders een offerte aan. Want weet je wat het vaak is? Installateurs houden van "een ruime reserve" en "geen gezeur", dus alles is wat overbemeten en "voor het geval dat". En dat buffervat, dat hoeven zij niet te betalen. En de hogere energierekening die zo'n buffervat kost, ook niet. Je moet dus zelf blijven nadenken. Zoiets van "vertrouwen is goed, maar controle is beter".

Helemaal duidelijk, bedankt.

Dan nog iets anders Leo, we hebben het nog helemaal niet gehad over isolatie.

Klopt. Dat is een mooi onderwerp voor het volgende deel van ons gesprek, doe mij eerst nog maar eens een glaasje water.

Astenblaft

Dank je.