Hoe werkt een warmtepomp met radiatoren?

Hoog rendement, soepele werking intrinsiek Met zijn milieuvriendelijke eigenschappen, lagere 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 oud (hoge temperatuur) of nieuw (lage temperatuur) zijn, hoewel er een duidelijk verschil in efficiëntie is voor elke configuratie.

In dit artikel onderzoeken we de gecombineerde warmtepomp + radiatoroplossing: 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 dragen. Radiatoren spelen een centrale rol in dit systeem, omdat ze de door de warmtepomp geproduceerde warmte over de verschillende kamers in het gebouw verdelen.

Voordat we naar radiatoren kijken, nemen we even de tijd om te bekijken 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, waardoor deze van een vloeistof in een gas verandert;
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 Tot slot 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 verspreid worden: 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. Aangezien 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 voorzien van een thermostaatkraan 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 warmtecomfort en optimaliseert tegelijkertijd 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 om twee redenen efficiënter als ze bij lage temperaturen werken, over het algemeen onder 55°C: 

• De thermodynamische cyclusdie stelt dat er meer energie nodig is om warmte van een koud gebied naar een warmer gebied over te brengen. Hoe groter het temperatuurverschil tussen de warmtebron (bijv. buitenlucht) en de plaats waar de warmte geleverd moet worden (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 er meer energie nodig is en de COP van de warmtepomp dus lager wordt;
• Compressie van koelmiddel Hoe hoger de temperatuur waarop het water verwarmd moet worden, hoe meer het koelmiddel gecomprimeerd moet worden, met een hoger energieverbruik als gevolg.

Kortom, om het rendement van uw verwarmingssysteem te maximaliseren, kunt u het beste radiatoren met een lage temperatuur 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 over het algemeen 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 hoog warmtegeleidingsvermogen (vooral aluminium) voor een betere warmteverspreiding. Ze hebben over het algemeen 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. Hierdoor gaat de warmte die door de warmtepomp wordt geproduceerd snel verloren en moet de apparatuur harder werken om de gewenste temperatuur te bereiken, waardoor het energieverbruik toeneemt en de efficiëntie van het systeem afneemt.

Als u van plan bent om een warmtepomp in een oud huis te installeren, moet u een keuze maken uit een of meer van de volgende opties: 

• De thermische isolatie van uw huis verbeteren om de hoeveelheid warmte te verminderen die nodig is om een comfortabele binnentemperatuur te handhaven 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 u helpen het rendement van uw verwarmingssysteem te maximaliseren;
• Een hogetemperatuur-warmtepomp installeren die water kunnen produceren met een temperatuur die hoog genoeg is om uw oude hoge temperatuur-radiatoren te voeden. Het nadeel is dat deze modellen duurder en minder efficiënt zijn dan modellen met een lage temperatuur.

Als u van plan bent om radiatoren met een hoge temperatuur te behouden, moet u naast isolatiewerkzaamheden ook het bestaande verwarmingssysteem reinigen of ontkalken om deeltjes, roest, kalk, enz. te verwijderen. Mogelijk moet u radiatoren toevoegen om het verwarmingsoppervlak te vergroten en de warmteverdeling te verbeteren. 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 u een compleet maatblad en schema geven 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 de woning (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. Een warmtepomp zal vaak een temperatuur van 50/40 of 45/35 leveren, wat lager is dan die van een ketel op fossiele brandstoffen (gas of olie), die over het algemeen 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, hebt u twee opties: de isolatie van uw 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 u €150 betalen om de oude radiator te verwijderen, en tussen €950 en €2.000 om de nieuwe te kopen en te installeren.

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 er tussen 70 en 100 W/m² nodig is om een huis in de winter goed te verwarmen, afhankelijk van isolatie en blootstelling. Laten we voor ons voorbeeld een mediaanwaarde van 85 W/m² nemen.

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 uw huis nauwkeurig inschatten.

Als we hier het temperatuurregime van de warmtepomp bij optellen, 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 totaal oppervlak van ongeveer 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 dan door de buizen, waardoor de warmte gelijkmatig en aangenamer door de kamer wordt verspreid. De watertemperatuur in vloerverwarmingssystemen is over het algemeen 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, zodat er geen gebieden zijn die te warm of te koud zijn.	ReactietijdVloerverwarming doet er langer over om de temperatuur te verhogen en te verlagen, waardoor het lastiger kan zijn om de temperatuur in te stellen.
EsthetiekZonder zichtbare radiatoren hebt u meer vrijheid bij het inrichten van uw interieur.	Hoge installatiekosten De kosten voor het installeren van vloerverwarming zijn hoger dan die van een radiatorsysteem, vooral in het geval van renovatie.
Energie-efficiëntie Dankzij hun lage temperatuurregime (rond 30-40°C) kunnen vloerverwarmingssystemen de warmtepomp efficiënter laten werken.	Grote renovatiewerkzaamhedenHet installeren van vloerverwarming in een huis dat gerenoveerd wordt, kan veel werk met zich meebrengen: het slopen van de bestaande vloer, het storten van een nieuwe betonnen dekvloer...
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 u goed nadenkt over de efficiëntie en optimale werking van het systeem. Of u nu kiest voor lage temperatuur-radiatoren, hoge temperatuur-radiatoren (voor oudere huizen) of zelfs vloerverwarming, de compatibiliteit van deze opties met uw warmtepomp en de vereisten van uw huis moeten zorgvuldig worden geanalyseerd. 

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