Energiebewust bouwen

Het gebruik van warmtepompen in renovaties: enkele richtlijnen voor de ontwerper

Steven Vanden Brande, EcoPuur • 15 juni 2018

De regelgeving rond energieprestaties van gebouwen is de laatste jaren sterk geƫvolueerd. De overheid, gedreven door Europese doelstellingen, werkte een verstrengingspad uit voor voornamelijk nieuwbouw. Na 2020 zal elke nieuw gebouwde woning een E-peil van minstens 30 moeten realiseren. Het aandeel van nieuwbouw in het woonpatrimonium is echter zeer beperkt. Per jaar maakt amper 1% van de bestaande woningen plaats voor een nieuwbouwwoning. De werkelijke energiewinsten liggen in de bestaande woningen, die zeer versnipperd zijn in typologie en leeftijd. Na het uitstippelen van het EPB-pad voor nieuwbouw werd recent de focus verlegd naar de bestaande woningen.

Hiertoe krijgt het EPC-certificaat een grondige update. Vanaf 2019 start men met de uitrol van het EPC+ certificaat. Dit zal niet alleen de energieprestatie van het gebouw omvatten, maar ook een advies over de meest voor de hand liggende investeringen om de energieprestatie te verbeteren, zelfs met vermelding van richtprijzen voor deze investeringen. Hierdoor zal de consument bij de aanschaf van zijn woning leren hoe goed de woning scoort en wat de kosten zijn om de woning energiezuiniger te krijgen. Dit alles leidt  en zal leiden tot  verbeterde isolatiepeilen van de gebouwschillen, zowel in  nieuwbouw als in bestaande gebouwen.

 

Een verbeterde isolatiegraad doet de globale warmtevraag van een gebouw zakken, waardoor de deur geopend wordt naar een fossielvrije verwarmingstechniek, namelijk warmtepompen.

 

Warmtepompen genereren geen warmte door het oxideren van koolstof, maar werken via een thermodynamisch principe. Door gebruik te maken van de eigenschappen van gassen en vloeistoffen kunnen de pompen warmte opwekken. Ze zijn dus ideaal voor het CO2-neutraal maken van verwarmingsinstallaties, ook in bestaande woningen.

 

In de praktijk merken we drie types courant gebruikte warmtepompen. De lucht-lucht warmtepomp, de lucht-water warmtepomp gebruiken beiden de buitenlucht als warmtebron en dragen deze over op respectievelijk de binnenlucht of op een hydraulisch afgiftesysteem. Een derde type is de geothermische warmtepomp, waar de warmtebron een ondergronds leidingnet is van ofwel verticaal geplaatste leidingen (putten) of horizontaal geplaatste leidingen (horizontale captatie).

Koelen?

Met alle bovenvermelde  warmtepompen kan in principe naast verwarmd ook gekoeld worden. We onderscheiden twee soorten koeling: actieve en passieve koeling.

 

Bij actieve koeling wordt de thermodynamische kring van de warmtepomp omgedraaid en wordt in de plaats van warmte opgenomen aan de omgeving, warmte afgegeven.  Actieve koeling zien we bij lucht-lucht lucht warmtepompen en bij lucht-water warmtepompen. Deze actieve koeling is vrij energieverslindend, gezien de koelcyclus een veelvoud aan energie vraagt.

 

Bij passieve koeling, enkel bij geothermische warmtepompen, wordt de warmte gecapteerd in de leidingen van de vloerverwarming, afgevoerd naar de (relatief koele) ondergrond en daar afgegeven en gestockeerd voor later gebruik in de verwarmingsperiode. Gezien dit slechts de werking van één pomp betreft, is dit een zeer energievriendelijke manier van koelen.

 

Behalve voor lucht-lucht warmtepompen (die vaak ook aircoheaters genoemd worden) is het koelvermogen van dergelijke systemen vrij beperkt (tot enkele graden), maar wordt het door gebruikers toch als zeer relevant ervaren.

 

Koelen impliceert vaak de noodzaak tot plaatsing van een condensafvoer. Wanneer er gekoeld wordt met lucht-lucht warmtepompen moet per binnenunit steeds een condensafvoer voorzien worden. Eventueel kan het condensvocht opgevangen worden en verpompt met een condenspompje.

Specifieke aandachtspunten in een renovatiecontext aan de hand van de energierenovatie van een woning

 

We beschrijven enkele specifieke aandachtspunten voor warmtepompen in renovaties aan de hand van een case van een alleenstaande open bebouwing in Brakel die energetisch gerenoveerd werd.

 

Het betreft een vrij grote woning, ruwbouw wind- en waterdicht afgewerkt in 1980, volledig onderkelderd, met een totale bewoonbare oppervlakte van ongeveer 250 m². De bestaande ramen moesten behouden blijven (dubbel glas met U waarde van 1.1W/m²K) en aan de geïsoleerde spouwmuur (5 cm rotswol) mocht om esthetische redenen niets veranderd worden. Het hellende dak bestaat uit geprefabriceerde geïsoleerde dakelementen steunend op een houten gebinte. Specifiek aan deze woning is dat ze, eens wind- en waterdicht afgewerkt in '80, niet verder afgewerkt werd.

De bouwheer had een wens om ecologisch te renoveren. Naast comfort  en groene of gerecycleerde materialen was ook een fossielvrij verwarmingssysteem een must.

 

Na het verkennen van enkele mogelijkheden voor de verwarming werd geopteerd voor een geothermische warmtepomp van het merk Thermia.  Verder werd ook het sanitair uitgewerkt en voorzagen we een type D Ventilatie-unit.

 

De warmtepomp zou in de (niet-geïsoleerde) kelder komen te staan. Gezien de grote grondoppervlakte naast de woning was het mogelijk te werken met een horizontale captatie als warmtebron. Gezien er toch een grondwerker ter plaatse moest komen om het omliggende maaiveld te nivelleren konden deze leidingen in deze fase uitgevoerd worden.

 

Leidingwerk (buiten-binnen)

Vooreerst was het natuurlijk belangrijk dat de ondergrondse captatieleidingen binnengebracht konden worden in de kelder. Gelukkig konden we hiervoor twee bestaande wachtleidingen benutten die door de kelderwand liepen (2x110 mm). Indien dit niet mogelijk geweest zou zijn, hadden deze geboord moeten worden.

 

Het is belangrijk om te weten dat warmtepompen steeds een buiten- en een binnenunit hebben en dat er dus goed nagedacht dient te worden over het tracé van de verbindingsleidingen tussen beide, zodat deze met een minimale impact op de werken getrokken kunnen worden. Zowel in leidingverloop (scherpte en aantal bochten) als in afstand moeten we oppassen dat deze geplaatst kunnen worden. Afstanden tussen warmtebron en toestel moeten beperkt blijven tot max. 15 à 20 m. Deze leidingen moeten ook steeds geïsoleerd zijn. Voorzie ruimte hiervoor nu of voor toepassing in de toekomst. Deze leidingen zijn slechts beperkt flexibel, dus indien wachtleidingen voorzien worden, wordt het best gewerkt met radiaalbochten met een straal van minstens 0,5 m.

 

Het verwarmingsvermogen

Courante warmtepompen hebben niet het vermogen van klassieke fossiele systemen, dus de nodige aandacht dient gegeven te worden aan de totale warmtevraag voor verwarming. Deze warmtevraag is afhankelijk van de thermische verliezen van de woning, alsook van de ventilatieverliezen.

 

We hebben daarom eerst een warmteverliesberekening voor deze woning gemaakt. We wilden hiermee het vermogen van de warmtepomp zelf bepalen, alsook van de benodigde hoeveelheid aan captatieleidingen en om een inschatting te maken van het toekomstige verbruik.

Hierbij stelden we vast dat de volledige warmtevraag van de woning te groot was (vrij grote bewoonde oppervlakte met een beperkte isolatiegraad) en dat het elektrisch verbruik van een warmtepomp die dit vermogen zou moeten opwekken veel te hoog zou zijn.

 

Daarom werd gekozen om de woning van binnenuit te isoleren met glaswolisolatie om de warmtevraag en dus de energieverbruiken te reduceren.

Deze binnenisolatie had dan weer effect op de collectoren van sanitair en verwarming. Gezien het dampscherm niet geperforeerd mocht worden, moesten deze omzichtig in een leidingenspouw geplaatst worden.

Afgiftesystemen

Gezien de keuze van de geothermische warmtepomp, opteerden we voor een hydraulisch warmte-afgiftesysteem. Op het gelijkvloers was de verdiepingshoogte voldoende, dus hier kon vloerverwarming geplaatst worden (op een geïsoleerde ondergrond).

 

Op de verdiepen was door de positie van de houten gordingen (hanenbalken) de vrije hoogte veel beperkter, daardoor moest de vloeropbouw minimaal in dikte blijven. Hier werd gekozen voor ventiloconvectoren. Zo kon een bivalent systeem (met hogere en lagere temperatuur) vermeden worden. Door enkel een départ en retour naar de convectoren boven te brengen, was geen extra vloerdikte nodig en kon de vloeropbouw beperkt blijven. Bijkomend voordeel van dit systeem in renovatiecontext is dat het vereiste leidingwerk relatief beperkt kan gehouden worden: enkel een toevoer en een afvoer van warm water of koelmiddel, een eventueel elektrisch aftakpunt  en/of een condens afvoer (bij koeling) zijn vereist. Daardoor kunnen we, door een gericht inplannen van de warmtepunten, de kap- en breekwerken beperkt houden. 

 

Belangrijk aandachtspunt was dat de klant geopteerd had om zijn woning op het gelijkvloers te voorzien van parket. Door deze keuze was het noodzakelijk de legdichtheid die standaard 15 cm is bij vloerverwarming te reduceren tot 10 cm. Zo kon desondanks het isolerend vermogen van het parket voldoende warmte in de ruimte binnengebracht worden.

Sanitair warm water

Wanneer in een bestaande woning het verwarmingssysteem vervangen wordt door een warmtepomp, komt ook de vraag om de hoek kijken wat te doen met de productie van het sanitair warm water.

 

De bouwheer had geen grote behoefte aan sanitair warm water, dus kon een warmtepomp gekozen worden met een ingebouwde boiler. Daardoor werd plaats en energie bespaard, doordat deze systemen geïntegreerd werken en dus efficiënter zijn.

Bij de keuze van een gecombineerde warmtepomp, waarbij verwarming en sanitair warm water samen in één toestel worden geproduceerd, is duidelijkheid gewenst over vermogens voor verwarming en van sanitair water. Een gezin met enkele pubers kan vb. gemakkelijk meer verbruiken aan sanitair water dan aan verwarming. De behoefte aan comfort (nu en in de toekomst) dient bevraagd te worden om het juiste toestel te kunnen kiezen.

 

Een warmtepomp is geen doorstroomsysteem en zal steeds zijn tijd nodig hebben om sanitair water aan hoge temperaturen aan te maken. Houd hier rekening mee in de keuze van het boilervolume.

 

Combinatie met zonnepanelen?

Warmtepompen verbruiken elektriciteit en zetten deze zeer efficiënt om in warmte (met rendementen tot 500%). Desalniettemin verbruiken ze vrij veel elektriciteit, zeker als de warmtevraag (in renovatie) toch nog aan de hoge kant blijkt te zijn.

 

Het voordeel van elektriciteit t.o.v. andere energiedragers is echter dat deze op heden vrij goedkoop op te wekken is door het plaatsen van zonnepanelen. Op deze wijze kan de energiekost nog verder teruggedrongen worden. Het is dus zeker aan te bevelen om bij elke installatie van een warmtepomp, het extra elektrisch verbruik in te schatten en eventueel zonnepanelen ter compensatie te overwegen.

 

Conclusie

 

Warmtepompen in bestaande woningen zijn mogelijk, doch het best worden ze geplaatst in de context van een totaalrenovatie, met oog voor energie.  Een renovatie met aandacht voor deze zaken maakt de woning future-proof en helpt het klimaat vooruit.  Ook de Total Cost of Ownership van de woning voor de bewoner zal dalen. Een goede voorbereiding en voldoende ondersteuning kunnen een goed werkende installatie verzekeren, met een minimum aan energieverbruik en een maximum aan comfort.

 

Steven Vanden Brande is manager Product Ontwikkeling bij EcoPuur, een totaalaannemingsbedrijf in duurzame energietechnieken