Optimaal rendement met een NIBE warmtepomp

Introductie

Omdat een warmtepomp een groot deel van de benodigde energie uit de bodem of de lucht onttrekt zijn de stookkosten in vergelijking tot traditionele CV’s laag. Echter bij de installatie en afstelling van de warmtepomp zijn fouten snel gemaakt waardoor de stookkosten alsnog heel hoog kunnen worden. Via diverse websites en forums heb ik de kennis opgedaan om zelf een Nibe F1155 warmtepomp te installeren.

Een goed geïnstalleerde en afgestelde warmtepomp heeft een hoog rendement (COP). Zoals zichtbaar in onderstaand figuur komt bij een hoog rendement een groot deel (4/6) van de warmte uit de omgeving (buitenlucht/bron) en maar een klein deel (2/6) uit het stopcontact.

Maar bij onjuiste installatie van de pomp wordt het rendement (COP) laag en daarmee de stookkosten hoog. De COP wordt laag als bijvoorbeeld de bron/buiten unit te klein gekozen is waardoor het niet lukt die 4kW uit de bron/buiten unit te onttrekken. Om dan toch de woning voldoende te verwarmen en 6kW warmte de woning in te krijgen moet er een groter deel uit het stopcontact worden gehaald. Dit zal ook gebeuren als de woning slecht geïsoleerd of de warmtepomp te licht gekozen is. De warmtepomp moet dan te vaak en teveel warmte aan de omgeving onttrekken waardoor, in het geval van een lucht warmtepomp, de buiten unit regelmatig zal bevriezen.

Voor een efficiënte warmtepomp moet de temperatuur van de vloerverwarming (LTV= Lage temperatuur verwarming) zo laag mogelijk zijn. Het grootste deel van de benodigde warmte kan dan uit de bodem/buitenlucht komen en de compressor hoeft nauwelijks stroom te verbruiken om de vloer verwarming op deze (relatief lage) temperatuur te brengen.
Maar om met zo’n lage temperatuur je woning warm te kunnen krijgen heb je wel heel veel (meters) vloer verwarming nodig en moeten ook de toevoer leidingen daarvan voldoende dik zijn. Bij CV installaties is het vrij normaal om ruimtes (vloerverwarming groepen) met losse thermostaten na te regelen op basis van de kamertemperatuur. Maar met zulke lage temperaturen kun je niet snel even de temperatuur van een kamer veranderen en hebben dergelijke thermostaten/naregelingen dus geen zin. Bijkomend voordeel van het weglaten van de na regeling is dat de vloerverwarming nooit meer door de thermostaten dicht geregeld kan worden en dus als buffer kan dienen waardoor ook het buffervat overbodig wordt. Een buffervat voorkomt het herhaaldelijk aan en uit gaan (pendelen) van de warmtepomp in situaties waar er wel warmtevraag is maar toch veel vloerverwarming buizen dicht geregeld zijn. Dit probleem speelt vooral bij oudere aan/uit type warmtepompen die alleen 100% vermogen kunnen afgeven. Bij moderne warmtepompen die traploos hun vermogen kunnen regelen (moduleren) wordt de noodzaak van een buffervat ook al minder.
In het schema hierboven van mijn installatie , zie je dat we er dus voor hebben gekozen geen buffervat en bijbehorende CV waterpomp te installeren. Het weglaten van die pomp scheelt je ook weer stroom en onderhoudt. Als een installatie ook een koel module bevat kunnen heel makkelijk fouten in het leiding werk funeste gevolgen hebben als bvb koud retourwater naar de koelmodule zich mengt met warm retour water van de boiler/buffervat.

Voor een hoog rendement (lage stroomrekening) is ook een juiste afstelling van de warmtepomp en de vloerverwarming van belang. Deze afstelling bespreken we in de rest van deze handleiding.

Hydraulisch balanceren (waterzijdig inregelen) van de vloerverwarming

Voordat we de warmtepomp goed kunnen instellen moeten eerst de verdelers van de vloerverwarming goed ingesteld worden. Om de warmtepomp zo efficiënt mogelijk te laten werken blijkt uit de thermodynamica dat je de temperatuur van vloerverwarming zo laag mogelijk moet proberen te houden.

Maar doordat het vloerverwarming water dan zo weinig warm is heb je veel van dat water nodig om je huis warm te krijgen en moet dus de flow door de vloerverwarming zo hoog mogelijk zijn. De eerste stap voor een efficiënt systeem is dus alle kranen/groepen op de verdeler(s) zo ver mogelijk open te zetten! De tweede stap is te controleren dat er geen thermische kortsluitingen in het systeem zitten. Een thermische kortsluiting is een groep waarvan de vloerverwarming buis kort is t.o.v. de andere groepen. Door deze korte groepen komt relatief heet water retour waardoor de warmtepomp denkt dat het huis al warm genoeg is en daardoor gaat pendelen(herhaald uit en aan gaan van de compressor). Deze problematische groepen kun je opsporen met een IR temperatuur meting van de retour leiding. Smoor (sluit) deze groep(en) met het stelwiel onder de flow meter totdat de retour temperatuur gelijk is aan die van de andere groepen.
Met het wijd openzetten van de groepen is de flow nu maximaal en zal je huis langzaam warmer worden. Als na een dag wachten het binnen te warm is geworden ga je op de warmtepomp de stooklijn (aanvoertemperatuur van de vloerverwarming) omlaag brengen (zie ook volgende paragraaf). Elke dag breng je die stooklijn een stukje verder omlaag (temperatuur van de ruimtes zullen telkens wat dalen) totdat één van de ruimtes (waarschijnlijk de badkamer) te koud wordt. De laagst mogelijke aanvoer temperatuur van de vloerverwarming is nu gevonden met de groepen zo ver als mogelijk geopend. Het energie verbruik van de warmtepomp is hiermee geminimaliseerd.

Temperatuur regeling met een stooklijn

De vloerverwarming wordt met warmte aanwezig in de grond/lucht door de warmtepomp (compressor) op een bepaalde temperatuur gebracht. Om te voorkomen dat de binnentemperatuur zakt moet de vloerverwarming het energie/warmte verlies als gevolgen van het temperatuur verschil met buiten aanvullen. Als het buiten 21°C is zal de woning geen warmte verliezen en kan de vloerverwarming uit blijven. Hoe meer de buitentemperatuur daalt hoe hoger de temperatuur van de vloerverwarming zal moeten worden. Het bepalen van de aanvoer temperatuur van de vloerverwarming doet de warmtepomp met de stooklijn. In het plaatje hieronder zie je zo’n stooklijn (menu 1.9.1.1) en zie je ook dat bij afnemende buitentemperatuur we een hogere aanvoer temperatuur kiezen. (Bij een buitentemperatuur van 10°C zie je bvb dat de aanvoer temperatuur 25°C wordt)

Door de stooklijn juist in te stellen kan het huis bij elke buiten temperatuur op een vaste temperatuur gehouden worden. Zo kun je het huis bij koud weer warmer maken, als je de stooklijn steiler maak. In het plaatje is de steilheid 3, maak die bvb 4. Is de kamertemperatuur ook bij warm weer te laag dan verhoog je de aanvoer temperatuur over heel het buiten temperatuur bereik. De 0 in dit voorbeeld maak je dan bvb 1.
Normaal wordt de aanvoer temperatuur van de vloerverwarming alleen gebaseerd op de stooklijn (buitentemperatuur).

Maar als in menu 1.9.4 ook de kamerthermostaat is geactiveerd, wordt de aanvoer temperatuur nog eens extra verhoogd met het temperatuurverschil van de kamer en de thermostaat maal de verwarmings-factor uit dat zelfde menu. Als volgens de stooklijn de aanvoer temperatuur 25°C moet zijn en de thermostaat op 23°C staat terwijl de kamer 21°C is met verwarmings-factor 2 dan wordt de berekende aanvoer temperatuur dus verhoogd met 2*(23-21)=4 tot 25+4=29°C.
Ook als Smart Price Adoption (SPA) is geactiveerd, wordt de berekende aanvoer temperatuur verhoogd bij lage energie prijzen. In menu 4.16 kun je met een getal tussen 0 en 10 aangeven in welke mate energie prijzen invloed moeten hebben. Al bij geringe waardes zie je dat de compressor veel harder gaat draaien en daarom heb ik deze dus maar heel laag (2) gezet.

Bij een goed geïsoleerd huis hoeft de vloerverwarming niet meteen aan; het duurt heel lang voordat de kamertemperatuur ook echt zakt. Om ook het aantal stops en starts van de warmtepomp tot een minimum te beperken wordt met graadminuten bijgehouden hoeveel we achterlopen met het verwarmen van de woning. Het temperatuurverschil van de berekende aanvoer temperatuur met de werkelijke aanvoer temperatuur (BT25) wordt elke minuut afgetrokken van de huidige graadminuten waarde. In voorgaand voorbeeld; stel dat de aanvoer temperatuur 20°C is, dan wordt deze minuut 29-20=9 van de huidige graadminuten afgetrokken. Zodra de graadminuten de start compressor waarde (menu 4.9.3) bereikt heeft, slaat de warmtepomp compressor pas aan. Pas dan kan de aanvoer temperatuur van de vloerverwarming / kamer echt stijgen en daarmee ook de graadminuten. Als de graad minuten toch nog verder zakt gaat de compressor al harder draaien. Als de waarde 0 bereikt wordt slaat de compressor weer af. De graadminuten gaan ook naar 0 als de kamerthermostaat geactiveerd is en de op de kamerthermostaat ingestelde temperatuur bereikt is. Met beide regelingen actief kan je dus zien dat vanwege de lage buiten temperatuur de warmtepomp wordt geactiveerd en een minuut later weer uitgaat omdat de kamer warm genoeg is. Daarom adviseer ik de regeling met de kamerthermostaat te deactiveren (menu 1.9.4). In deze mode is het nog steeds mogelijk de temperatuur te regelen maar dat zal de thermostaat dan doen door de stooklijn te verschuiven.

Voor een zuinig systeem is het van belang dat de stooklijn zo laag en vlak mogelijk staat ingesteld en de thermostaat verwarmingsfactor niet te hoog staat. Verder is van belang dat compressor zo min mogelijk aan en uit gaat (zet de graad minuten in menu 4.9.3 dus zo laag mogelijk). Het mooist is een systeem waar de compressor in de herfst ingeschakeld, ononderbroken maar rustig door draait in de winter om vervolgens in de lente pas weer uit te gaan. Als je huis goed geïsoleerd is, makkelijk zonne-energie opneemt en de vloerverwarming veel massa heeft kun je ervoor kiezen dit gedrag te forceren door het instellen van zogenaamde verwarmingsdagen. Stel daartoe in menu 4.9.2 de filtertijd in op 24u en de stookgrens/verwarming stop op 16°C. Alleen als de gemiddelde buitentemperatuur gedurende 24u beneden de stookgrens komt kan de warmtepomp aan slaan. Zo voorkom je dat de warmtepomp onnodig aan slaat op koude maar zonnige dagen of in een koude zomer nacht terwijl er overdag gekoeld wordt. Ook de negatieve gevolgen van een verkeerd opgehangen buitentemperatuur sensor (sensor direct in de ochtendzon) worden zo beperkt. Is je huis minder goed geïsoleerd of maak je zorgen over het comfort stel je de filtertijd lager en de stookgrens hoger in.

Regelen op kamer of buiten temperatuur

Omdat het energieverlies van een woning evenredig is met de buitentemperatuur heb je in principe genoeg aan een buiten temperatuur sensor om een juiste stooklijn te bepalen en zo de woning in alle condities op de juiste temperatuur te houden. Een extra regeling waarbij je een kamer thermostaat gebruikt om ook te regelen op kamertemperatuur is dubbelop en kan zoals we al eerder zagen, makkelijk aanleiding geven tot situaties waarin beide regelingen elkaar tegenwerken. Maar als het huis overmatig afkoeld door bvb langdurig geopende deuren en ramen kan dat alleen opgemerkt worden door een kamerthermostaat en dat zou dus een reden kunnen zijn om er één te plaatsen. Echter in een huis waar in de vloerverwarming veel massa heeft en er dus veel warmte wordt opgeslagen in het beton, blijkt dat in de praktijk niet nodig te zijn.

Een kleiner huis kan prima geregeld worden op binnentemperatuur maar een wat groter huis is beter te regelen op buiten temperatuur. Kamers die op het noorden zitten en te koud blijven kun je dan met behulp van de groepen meer flow geven t.o.v. de warmere kamers op het zuiden. Het zelf regelend effect zal er ook nog eens extra voor zorgen dat in de kamers op het zuiden, die warm zijn geworden door de zon, geen warmte meer door de vloerverwarming zal worden afgegeven. Dit effect treed alleen op (zie plaatje) bij Laag Temperatuur Vloerverwarming (LTV) en daarom is het ook vanuit dit oogpunt van belang het huis te verwarmen met een zo laag mogelijke aanvoer temperatuur.

Bij hogere temperaturen (bvb 35°C i.p.v 24 °C) van de vloerverwarming (Boden), zie je dat het zelfregelend effect minder wordt. De kamer die al 24°C is, wordt dan nog steeds verwarmd.

Overzicht instellingen Nibe F1155 warmtepomp en PCM42 koelmodule

• 1.3.1 nachtverlaging inactief
• 1.9.1.1 Stooklijn voor verwarmen 3 (offset 0), koelen met een eigen stooklijn 0 (offset 0)
• 1.9.3.1 Min. aanvoer temperatuur verwarmen: 21 °C koelen: 17°C. Bij koelen wordt dit gerealiseerd met een mengklep. Als die open staat wordt de vloerverwarming 17°C en als die helemaal dicht gaat wordt de vloerverwarming de maximale (kamer) temperatuur.
• 1.9.4 deactiveer de regeling op kamertemperatuur (thermostaat/ruimtesensor)
• 1.9.5 koelverw. sensor: geen. Alarm: inactive. tijd tussen omschakelen koelen/verwarmen:2u, Mengklep versterking: 3 i.p.v. 1 (mengklep gaat dan verder open zodat vloerverwarming BT25 echt gelijk wordt aan berekende temp)
• 1.9.7.2 Eigen stooklijn voor koelen: 40°C→17°C; 30°C→18°C; 20°C→21°C; 10°C→22°C. 0°C→ 23°C.
• 2.3 blokkeer tapwaterbereiding: actief als de stroom duur is bvb van ma t/m/ vr ‘s-ochtends 6:00u tot ‘s-nachts 03:00u, inactief (bij SPA). Kan ook voorkomen dat je stoppen overdag door slaan.
• 2.9.1 periodieke toename: uit. Legionella is een probleem als warm water langere tijd stil staat.
• 4.2 Bedrijfsmode: auto
• 4.9.1 Prioriteitschakeling: Water 40 min, Verwarmen 30 min. Alsnje water veel langer doet kunnen de graadminuten heel erg ver weg zakken en moet de compressor hard gaan draaien.
• 4.9.2 Instelling automatische modus: start koeling 21°C(start/stop koelen als gemiddelde buiten temperatuur boven/beneden 21°C), Stop verwarming 16°C (start verwarmen alleen als gemiddelde buiten temperatuur beneden de 16 °C) Stop bijverwarming -5°C(gaat nooit aan), Filtertijd 24u (tijd waarover gemiddelde wordt genomen. Stel dit in op 3u als je SPA aan hebt staan)
• 4.9.3 GM-instellingen: Compressor start bij een GM van -700, Startverschil bijverwarming 400, Verschil tussen stappen bijverwarming 100. De compressor start rustig bij -700 en gaat Bij -700-400/4=-800 harder draaien.
• 4.16 Smart Price Adoption(SPA) zet je alleen aan als je een dynamisch energiecontract hebt. Kamertemp:2, tapwater: 2
• 5.1.1 start eco 37, stop eco 43, start norm 41, stop norm 45, start luxe 46, stop luxe 53
• 5.1.2 Max. aanvoertemp.: 35°C
• 5.1.3 Max. verschil compressor 10°C, Max. verschil bijverwarming 3°C, BT12 offset 0°C
• 5.1.7 alarm temperatuur bron 0°C. Het schijnt dat de compressor vanaf een 2 graden hogere temperatuur al minder hard gaat draaien.
• 5.1.8 Bedrijfsmodus bronpomp: intermitterend
• 5.1.9 Snelheid bronpomp GP2 auto, snelheid bij passief koelen: 5% geeft al voldoende koelvermogen (controleer of BT25 gelijk blijft aan berekende temp!)
• 5.1.10 Bedrijfsmode circulatiepomp: auto
• 5.1.11 Max toegest. snelheid circulatiepomp 90%, Verwarmen auto actief, Min. Toegestane snelheid 10%, snelheid in wachtmode 20%, warmwatervoorziening automatisch actief
• 5.1.12 Interne elektrische bijverwarming: max. ingestelde stroomsterkte 7 kW, zekering 16 A, conversieverhouding 300
• 5.1.14 Debietinstelling airconditioning: vooringesteld actief, vloerverwarming, -11 NAT °C
• 5.1.24 Blockfreq actief van 80 to 94Hz
• 5.1.26 vermogen bij DOT handmatig: inactief

NB

• Met menu 1.9.5 kun je aangeven dat het koelen verwarmen wordt geregeld op binnentemperatuur. Dit lijkt niet te werken in combinatie met de PCM40/42. De koeling gaat niet uit als de kamertemperatuur de ingestelde onder temperatuur heeft bereikt. Ook op een forum zag ik mensen die dat constateerden:
  https://www.energiesparhaus.at/forum-einstellung-passive-kuehlung-nibe-knv/42267_4
• De afgifte pomp GP13 in de PCM42 wordt niet weergegeven in het info menu van de warmtepomp (afgifte pomp GP1 van warmtepomp staat op 0% in het info menu). GP13 heb ik handmatig (met knopje op GP13) op speed 1(25-50%) gezet. Hogere speed gaf geen hogere delta T
• Na een lange winter niet gebruikt te zijn kan de CV afgifte pomp GP13 van PCM42 wel eens vastzitten. De snelheid van deze pomp is niet zichtbaar in Nibe Uplink en ook niet in het info menu van de warmtepomp maar je kunt het merken aan de koeling die het dan natuurlijk niet doet. (externe aanvoer temperatuur van de vloerverwarming gaat niet omlaag). Ook zal er op de GP13 pomp een rood lampje gaan branden. De storing kun je verhelpen door met een schroevendraaier de rotor van GP13 een zet te geven. Door de inbussen eruit te halen, kun je ook de hele pomp uit elkaar halen.
• Design Outdoor Temperature (DOT) is the lowest normally expected temperature in the area where the heat pump is to be installed. The DOT will vary from region to region, being lower in the North of Scotland and gradually increasing moving south
• Als richtlijn moet het aantal starts maar ook het aantal bedrijfsuren per jaar lager zijn dan 2500.
• Een huis wat echt van de zon leeft (Een huis dat ook op een koude maar zonnige dag geen verwarming nodig heeft) moet een BT2 hebben die de ochtendzon vangt. Anders zal de pomp het huis toch gaan opwarmen terwijl dat niet nodig was. (immers een -5 graden bewolkte dag met sneeuw is dan voor de pomp hetzelfde als een -5 graden maar zonnige dag)
• In bedrijf stelling sept 2017. Display CPU vervangen op 15 juni 2024:
  Compressor starts = 5145
  bedrijfstijd compressor = 29957h
  bedrijfstijd compressor warm water = 4001h