Juli/Augustus 2024
Warmteverlies kan stroomkosten omhoog jagen
Tegenstroomcirculatie in buffers warmtepompen verdient alle aandacht
Wanneer de installateur geen maatregelen neemt om warmteverliezen te voorkomen als gevolg van Einrohrzirkulation, ofwel tegenstroomcirculatie, in het buffervat bij warmtepompen, kunnen de energiekosten fiks oplopen. Hein-Jan van Veldhoven vertelt in het interview (pag. 4) hoe hij dit fenomeen op het spoor kwam. Dit artikel gaat verder in op de technische aspecten van Einrohrzirkulation en hoe het kan worden voorkomen.
Dat was even schrikken toen Van Veldhoven na een weekje vakantie thuis kwam en wel eens wilde controleren hoe hoog het energiegebruik tijdens ‘de rust’ van zijn warmtepompinstallatie was. Op de app van Home Assistant ontdekte hij dat er alleen al voor het op temperatuur houden (tussen 53 en 58 ⁰C) van warm tapwater in het buffervat tijdens zijn afwezigheid een schrikbarende hoeveelheid stroom nodig was. Om voortdurend over voldoende warm tapwater te beschikken, zo rekende hij uit, had hij maar liefst 5,5 kWh per dag nodig, oftewel 2.038 kWh per jaar, ook al zou hij geen druppel warm water gebruiken. De duurzame en energiezuinige eigenschappen van de installatie werden volledig teniet gedaan door onachtzaamheid bij de installatie van het systeem.
Tegenstroomcirculatie
Het probleem is inmiddels door de installateur en warmtepompleverancier netjes opgelost. Maar na het horen van dit verhaal wil E&W graag nog eens aandacht besteden aan dit onnodige warmteverlies. De oorzaak ligt bij een fenomeen dat in Nederland volgens Vereniging Warmtepompen weliswaar bekend zou zijn, maar niettemin nogal eens over het hoofd wordt gezien. Dit in tegenstelling tot de situatie bij onze oosterburen, waar het voorkomen van Einrohrzirkulation, oftewel tegenstroomcirculatie, in meerdere documenten is vastgelegd.
Dit type warmteverlies kan optreden bij alle installatiedelen met warm(tap)water op constante temperatuur, als er aftakkende leidingen zijn die direct – dus zonder de aanwezigheid van een sifon – omhoog lopen. Dat heeft alles te maken met het natuurkundige verschijnsel dat koud water zwaarder is dan warm water. Hierdoor zakt koud water altijd naar beneden. Het warmteverlies treedt op in de verbindingsleidingen van de warmteopslag, zodra de vraag naar warm tapwater wegvalt.
‘Het is weliswaar een bekend fenomeen maar voor de woninginstallateur is het vaak nieuw, omdat het bij gastoestellen door hun constructie niet of nauwelijks optreedt,’ zegt onderzoeker Hans van Wolferen. ‘De Nederlandse installatiebranche is opgegroeid met cv-ketels en installateurs zijn gewend om de aansluiting bij de warmtepomp op eenzelfde manier te monteren als zij dat deden bij cv-ketels. En daar kan het in sommige gevallen dus fout gaan.’
Bij de klassieke gasboiler of combi-boiler treedt dit, denkt van Wolferen, zelden op. Dat komt omdat de ketel en het boilervat in veel situaties op gelijke hoogte aan de wand zijn gemonteerd. In die situatie zitten de aansluitingen van het boilervat aan de onderzijde, waardoor een thermisch opsluiting van de warmte optreedt. Omdat installateurs tegenstroomcirculatie bij dergelijke opstellingen niet tegenkomen, staan ze ook niet stil bij de effecten ervan wanneer wél tegenstroomcirculatie zou optreden. Door de zolderopstelling van de meeste van deze toestellen lopen de leidingen naar de onderliggende verdiepingen.
‘Installateurs zijn gewend om aansluiting warmtepomp op zelfde manier te monteren als bij cv-ketels’
Doorstroom combi-ketels (toestellen met warmhoudfunctie van de warmtewisselaar) zullen zelden of nooit met dit euvel te maken hebben, verwacht Van Wolferen, omdat ook bij deze toestellen de aansluitingen aan de onderzijde zitten. Dat ligt mogelijk anders bij de combi-warmtepomp, dus warmtepompen gecombineerd met een groot voorraadvat. Omdat er veel verschillen zijn in de uitvoering van dit type, is het volgens Van Wolferen niet uit te sluiten dat er bij sommige uitvoeringen inderdaad sprake kan zijn van tegenstroomcirculatie. Want hoe verschillend de warmtepompen ook mogen zijn qua techniek en ontwerp (water/water, brine/water), in de meeste gevallen staan ze gewoon op de vloer, dit vooral vanwege het veel grotere gewicht van de warmtepomp. Ook het boilervat is in de regel groter en daarmee zwaarder dan bij gasboilers. Het staat óf op de vloer naast de warmtepomp óf boven de warmtepomp. In al deze opstellingen zitten de aansluitingen meestal aan de bovenzijde, omdat ze daardoor voor de monteur veel makkelijker te bereiken zijn. En in die situatie kan dus wel warmteverlies als gevolg van tegenstroomcirculatie optreden. Van Wolferen: ‘Voor zover ik weet wordt er in de montage-instructie geen aandacht aan gegeven en worden er evenmin sifons bijgeleverd waarmee het probleem eenvoudig kan worden opgelost. Het is overigens wel opmerkelijk dat dit fenomeen bij de CEN-test niet naar voren komt. Daar worden de toestellen opgesteld conform de instructie, dus zou hetzelfde verlies kunnen optreden.’
Sifon als oplossing
Het Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH) heeft onderzoek gedaan naar oplossingen om warmteverlies door tegenstroomcirculatie te voorkomen. Het effectiefste middel om tegenstroomcirculatie te voorkomen is de toepassing van sifons, stelt ISFH in zijn publicaties. Het hoeft niet de U-vormige sifon te zijn die we kennen van afvoeren; een sifon met Z-profiel is al voldoende. Het koele water in de leiding zit verder naar beneden dan het warme water in de aansluiting van het buffervat en zal daar blijven. De gelaagdheid is stabiel, de niveaus zullen zich niet langer mengen. De ISFH-onderzoekers hebben ook sifons van verschillend materiaal vergeleken; die van roestvast staal en die van koper. Omdat koper de warmte beter geleidt dan RVS moet een koperen sifon iets langer zijn dan een sifon van RVS, anders transporteert de buiswand de warmte van de aansluiting zelf naar het diepere leidingdeel.