Hoe werkt een warmtepomp met radiatoren?

Hoog rendement, soepele werking intrinsiek Met zijn milieuvriendelijke eigenschappen, lager energieverbruik en aantrekkelijke overheidssubsidies is de warmtepomp een uitstekende oplossing voor verwarming (en koeling, in het geval van een omkeerbare warmtepomp).

Een ander groot voordeel is dat de warmtepomp compatibel is met een aantal huishoudelijke distributiesystemen, met name radiatoren, of ze nu ouder (hoge temperatuur) of nieuwer (lage temperatuur) zijn, hoewel er een duidelijk verschil in efficiëntie is voor elke configuratie.

In dit artikel verkennen we de gecombineerde warmtepomp + radiator oplossing: hoe het werkt, criteria voor het kiezen van radiatoren, dimensionering en alternatieven.

Warmtepomp met radiatoren: hoe werkt het?

De combinatie warmtepomp + radiator is een verwarmingssysteem dat het principe van thermodynamica gebruikt om warmte van het ene medium naar het andere over te brengen. Radiatoren spelen een centrale rol in dit systeem, omdat ze de door de warmtepomp geproduceerde warmte verdelen over de verschillende kamers in het gebouw.

Voordat we naar radiatoren kijken, nemen we even de tijd om te kijken hoe een warmtepomp in het algemeen werkt. De warmtepomp absorbeert warmte uit de buitenomgeving (lucht, water of de grond, afhankelijk van het type warmtepomp) en brengt deze over naar de binnenomgeving, meestal een gebouw of huis. De thermodynamische cyclus van de warmtepomp bestaat uit vier hoofdfasen:

1. Verdamping Een koelmiddel met een lage temperatuur en lage druk circuleert in de verdamper en absorbeert warmte van de externe omgeving. Deze energieabsorptie zorgt ervoor dat de vloeistof verdampt en verandert van een vloeistof in een gas;
2. Compressie Het koelgas wordt vervolgens naar de compressor geleid waar het, onder invloed van compressie, verder opwarmt;
3. Condensatie Het verwarmde gas onder hoge druk gaat vervolgens door de condensor, waar het zijn warmte afgeeft aan het water in het verwarmingscircuit. Door deze warmteoverdracht condenseert het gas en wordt het weer vloeibaar;
4. Ontspanning Ten slotte gaat de vloeistof door een expansieventiel dat de druk en temperatuur verlaagt, waardoor het wordt voorbereid op de volgende verdampingscyclus.

De geproduceerde warmte kan via een aantal kanalen binnenshuis worden verspreid: vloerverwarming, ventilatorconvectoren, kanaalsystemen, wandverwarming, stralingsplafonds en radiatoren. Het is deze laatste configuratie die ons interesseert. 

Wanneer het koelgas condenseert en zijn warmte afgeeft in de condensor, verwarmt het een watercircuit. Dit warme water circuleert vervolgens door de radiatoren. Omdat het water een hogere temperatuur heeft dan de omgevingslucht, geeft het zijn warmte af aan de lucht, die opwarmt en vervolgens in de kamer diffundeert. Hoe zit het met de regeling?

In dit verwarmingssysteem is elke radiator uitgerust met een thermostatische klep waarmee de temperatuur in elke kamer afzonderlijk kan worden ingesteld door de hoeveelheid warm water die door de radiator circuleert te regelen, volgens de instructies van de gebruiker. De hoofdthermostaat, die zich meestal in de hoofdkamer van het huis bevindt, stuurt een signaal naar de warmtepomp wanneer de kamertemperatuur onder de ingestelde temperatuur daalt. De warmtepomp wordt dan ingeschakeld en produceert warmte die door de radiatoren wordt verspreid.

Omgekeerd, wanneer de kamertemperatuur de ingestelde temperatuur bereikt of overschrijdt, stuurt de thermostaat een signaal om de warmtepomp uit te schakelen. Het water in de radiatoren koelt dan geleidelijk af en de temperatuur in de kamer daalt. Deze automatische temperatuurregeling zorgt voor een constant thermisch comfort en optimaliseert het energieverbruik.

Welk type radiator moet ik gebruiken met een warmtepomp?

Niet alle radiatoren zijn compatibel met een warmtepomp. Het is een kwestie van bedrijfstemperatuur. Warmtepompen zijn efficiënter als ze werken bij lage temperaturen, meestal onder 55°C, en wel om twee redenen: 

• De thermodynamische cyclusdie stelt dat er meer energie nodig is om warmte over te brengen van een koud gebied naar een warmer gebied. Hoe groter het temperatuurverschil tussen de warmtebron (bijv. buitenlucht) en de plaats waar de warmte moet worden afgegeven (bijv. water verwarmen), hoe meer energie er nodig is om deze overdracht te maken. Als de warmtepomp water met een zeer hoge temperatuur moet produceren, is het temperatuurverschil groter, waardoor meer energie nodig is en de COP van de warmtepomp dus lager is;
• Compressie van koelmiddel Hoe hoger de temperatuur waarop het water moet worden verwarmd, hoe meer het koelmiddel moet worden samengeperst, wat leidt tot een hoger energieverbruik.

Kortom, om het rendement van je verwarmingssysteem te maximaliseren, moet je bij voorkeur lage temperatuur-radiatoren gebruiken. Maar laten we de twee opties eens bekijken: lage en hoge temperatuur.

Lage temperatuur radiatoren

Lage temperatuur-radiatoren zijn geschikt voor verwarmingssystemen die water met een lage temperatuur produceren, zoals warmtepompen. Ze zijn meestal groter dan standaardradiatoren, omdat ze de lage watertemperatuur moeten compenseren met een groter verwarmingsoppervlak.

Hun ontwerp is ook anders, omdat ze gemaakt zijn van materialen met een hoge thermische geleidbaarheid (vooral aluminium) voor een betere warmteverspreiding. Ze hebben meestal een vorm die natuurlijke luchtconvectie bevordert.

Lage temperatuur-radiatoren zijn verreweg de meest energie-efficiënte optie voor een warmtepomp + radiator verwarmingssysteem.

Hoge temperatuur radiatoren

Oudere woningen waren vaak uitgerust met verwarmingssystemen op hoge temperatuur die werden aangedreven door gas- of oliegestookte boilers, met radiatoren op hoge temperatuur. In deze woningen kan het overschakelen op een warmtepomp als onderdeel van een renovatieproject een probleem vormen, omdat de radiatoren minder goed geschikt zijn voor het gebruik van een warmtepomp.

Een ander terugkerend probleem Oudere huizen zijn volgens de huidige normen vaak slecht geïsoleerd. Als gevolg daarvan zal de warmte die door de warmtepomp wordt geproduceerd snel verloren gaan en zal de apparatuur harder moeten werken om de gewenste temperatuur te bereiken, waardoor het energieverbruik toeneemt en de efficiëntie van het systeem afneemt.

Als je van plan bent om een warmtepomp in een oud huis te installeren, moet je kiezen tussen een of meer van de volgende opties: 

• De thermische isolatie van je huis verbeteren om de hoeveelheid warmte te verminderen die nodig is om een comfortabele binnentemperatuur te behouden en de efficiëntie van elk verwarmingssysteem te garanderen;
• Hoge temperatuur radiatoren behouden als ze in goede staat en groot genoeg zijn. Er is echter een gedetailleerd onderzoek nodig om te bepalen of deze optie economisch haalbaar is; 
• Hoge temperatuur radiatoren vervangen door lage temperatuur-radiatoren of een vloerverwarmingssysteem. Deze systemen zijn beter compatibel met warmtepompen en kunnen je helpen de efficiëntie van je verwarmingssysteem te maximaliseren;
• Een hogetemperatuur-warmtepomp installeren die water kunnen produceren met een temperatuur die hoog genoeg is om je oude hogetemperatuurradiatoren te voeden. Het nadeel is dat deze modellen duurder en minder efficiënt zijn dan modellen met een lage temperatuur.

Als je van plan bent om radiatoren met een hoge temperatuur te behouden, moet je naast het uitvoeren van isolatiewerkzaamheden ook het bestaande verwarmingssysteem reinigen of ontkalken om deeltjes, roest, kalkaanslag enzovoort te verwijderen. Het kan ook nodig zijn radiatoren toe te voegen om het verwarmingsoppervlak te vergroten en de warmteverdeling te verbeteren. 

Radiatoren dimensioneren in een warmtepomp + radiatorsysteem

De efficiëntie van het systeem hangt grotendeels af van de grootte van de radiatoren. Fabrikanten hebben vaak zeer gedetailleerde maattabellen en bieden modellen op maat voor alle configuraties. Vóór de verkoop moet de installateur je een volledig maatblad en schema bezorgen als onderdeel van het ontwerpdossier.

De dimensionering van de radiatoren in een warmtepomp + radiatorsysteem hangt af van twee belangrijke factoren. De eerste is het benodigde thermische vermogenDit hangt af van de grootte van de te verwarmen ruimte en de verwarmingsvereisten van het huis (zie onderstaand voorbeeld).

Dan is er nog de temperatuurregime warmtepomp. Hoe lager de temperatuurinstelling (bijv. 50/40), hoe groter het radiatoroppervlak en dus hoe groter de radiatorafmeting, zoals hierboven uitgelegd. In feite zal een warmtepomp vaak een temperatuur van 50/40 of 45/35 leveren, wat lager is dan die van een ketel op fossiele brandstof (gas of olie), die meestal 80/60 levert. Oudere radiatoren, die geschikt zijn voor hogere temperaturen, hebben vaak een te klein oppervlak voor een warmtepomp. 

Als dit het geval is, heb je twee opties: de isolatie van je huis verbeteren om de benodigde hoeveelheid warmte en dus het benodigde vermogen te verminderen, of de hoge temperatuur-radiatoren vervangen door lage temperatuur-radiatoren, wat nog steeds de meest gebruikelijke optie is. In dit geval moet je €150 betalen om de oude radiator te verwijderen en tussen €950 en €2.000 om de nieuwe te kopen en te plaatsen.

Concreet voorbeeld van radiator dimensionering

Laten we het voorbeeld nemen van een huis van 100 m² in een gematigd klimaat. Het benodigde verwarmingsvermogen wordt over het algemeen geschat in watt per vierkante meter (W/m²). Gemiddeld wordt geschat dat tussen 70 en 100 W/m² nodig is om een huis goed te verwarmen in de winter, afhankelijk van isolatie en blootstelling. Laten we voor ons voorbeeld uitgaan van een mediaanwaarde van 85 W/m².

Voor een huis van 100 m² zou het benodigde thermische vermogen dus : 100 m² * 85 W/m² = 8500 W of 8,5 kW. U hebt dus een installatie nodig die 8,5 kilowatt thermisch vermogen kan produceren om het huis goed te verwarmen.

Dit is een simplistische schatting, omdat de werkelijk vereiste warmteafgifte afhangt van de isolatie van het huis, het aantal en type ramen, de oriëntatie van het huis, het plaatselijke klimaat, enz. Alleen een gekwalificeerde professional kan de warmtebehoefte van je huis nauwkeurig inschatten.

Als we hier het temperatuurregime van de warmtepomp aan toevoegen, moet de grootte van de radiatoren groot genoeg zijn om deze hoeveelheid warmte bij een lagere temperatuur te verdelen. Bij een temperatuurregime van 50/40 hebben de radiatoren bijvoorbeeld een totale oppervlakte van 10 tot 20 m² nodig om 8,5 kW warmte te verspreiden, afhankelijk van het model en type radiator.

Vloerverwarming, een aantrekkelijk alternatief voor radiatoren

In tegenstelling tot radiatoren, die warmte op één punt uitstralen, stralen vloerverwarmingssystemen de warmte gelijkmatig door de hele kamer dankzij warmwatercircuits die in de vloer van de kamer zijn ingebouwd. 

Praktisch gezien verwarmt de warmtepomp het water en stuurt het naar deze circuits in de grond. Het warme water circuleert vervolgens door de buizen, waardoor de warmte gelijkmatig en aangenamer door de kamer wordt verspreid. De watertemperatuur in vloerverwarmingssystemen is meestal lager dan die van radiatoren, vaak rond de 30-40°C, wat ideaal is voor het rendement van de warmtepomp.

De voor- en nadelen van vloerverwarming als alternatief voor radiatoren worden in de onderstaande tabel samengevat.

Voordelen	Nadelen
Meer comfortDe warmte wordt gelijkmatig door de hele kamer verdeeld, waardoor gebieden die te warm of te koud zijn, worden vermeden.	ReactietijdVloerverwarming doet er langer over om de temperatuur te verhogen en te verlagen, waardoor het lastiger kan zijn om de temperatuur aan te passen.
EsthetiekZonder zichtbare radiatoren heb je meer vrijheid bij het inrichten van je interieur.	Hoge installatiekosten De installatiekosten van vloerverwarming liggen hoger dan die van een radiatorsysteem, vooral bij renovatie.
Energie-efficiëntie Dankzij hun lage temperatuurregime (rond 30-40°C) kunnen vloerverwarmingssystemen de warmtepomp efficiënter laten werken.	Grote renovatiewerkzaamhedenVloerverwarming installeren in een huis dat gerenoveerd wordt, kan heel wat werk met zich meebrengen: de bestaande vloer slopen, een nieuwe betonnen dekvloer storten, enz.
Betere luchtkwaliteit In tegenstelling tot radiatoren laten vloerverwarmingssystemen geen stof circuleren, wat de luchtkwaliteit binnenshuis kan verbeteren.	Onverenigbaarheid met bepaalde vloerbedekkingenNiet alle vloerbedekkingen zijn compatibel met vloerverwarming. Massief parket kan bijvoorbeeld kromtrekken onder invloed van warmte.

Warmtepompen met radiatoren: tot besluit

Het installeren van een warmtepomp met radiatoren vereist dat je goed nadenkt over de efficiëntie en de optimale werking van het systeem. Of je nu kiest voor lage temperatuur-radiatoren, hoge temperatuur-radiatoren (voor oudere huizen) of zelfs vloerverwarming, de compatibiliteit van deze opties met je warmtepomp en de vereisten van je huis moeten zorgvuldig worden geanalyseerd. 

Je moet rekening houden met het type en de staat van je bestaande radiatoren, de isolatie van je huis en het type warmtepomp dat je overweegt. Alleen een gekwalificeerde professional kan je bij dit proces begeleiden, zodat je een weloverwogen keuze kunt maken en het meeste uit je investering kunt halen zonder afbreuk te doen aan het thermische comfort van je huis.