Gas

Op jaarbasis is er in 2016 ca. 900 m3 aardgas gebruikt waarvan afgerond 800 m3 voor verwarming en 100 m3 voor warm water zoals douchen en bijvoorbeeld afwassen. In de toekomst zal het ook nog wel iets toenemen, al was het alleen maar vanwege dat bij hogere leeftijd de verwarming vaak een graadje hoger wordt gezet, en dat ik als gevolg van mijn pensionering vaker thuis zal zijn. De 800 m3 wordt gebruikt in een stookseizoen van ongeveer 1 oktober t/m 30 april. Dit komt overeen met gemiddeld 120 m3 per maand voor verwarming. Sporadisch zijn er pieken vastgesteld van 9 m3 per dag voor verwarming inclusief warm tapwater. Zie hiervoor onderstaande grafiek van het aardgasverbruik.

Dezelfde meting is ook gedaan voor 2017

Ook hier is te zien dat de maximale pieken 9 m3 per dag zijn en in de zomer 0,3 m3 per dag is gebruikt voor douchen en afwassen.

Het is goed om rekening te houden met een absolute piek van minstens 10 m3 aardgas per dag. Hiermee is er enige marge ingebouwd. Wellicht dat het verbruik iets minder wordt als de serre beter geïsoleerd is.

Het is dan eenvoudig terug te rekenen wat het gemiddelde vermogen is over die dag.

De verbrandingswaarde, bovenwaarde, van aardgas is 35,17 MJ/ m3.

1 Watt is gelijk aan 1 Joule per seconde. Een uur heeft 60 minuten x 60 seconden = 3.600 seconden.

Een kWh heeft dus een warmte-inhoud van 1000 Joule x 3.600 seconden = 3,6 MJ.

De piek van 10 m3 aardgas per dag levert de volgende energie: 10 m3 x 35,17 MJ/ m3 = 351,7 MJ, ofwel 351,7 MJ/ 3,6 MJ/ kWh = 97,69 kWh.

*  De verbrandingswaarde van het gas hangt af van de samenstelling van het gas. Met name Gronings gas heeft een lagere calorische waarde. Het energiebedrijf corrigeert hiervoor op de rekening. Bij mij is de afgelopen 10 jaar gecorrigeerd tussen 0,6 en 1,9%. In de berekeningen op de site heb ik dit effect genegeerd.

Dan is het goed om even bovenwaarde en onderwaarde uit te leggen. Als een gas verbrand wordt, dan wordt er zuurstof verbruikt. Dit gaat een reactie aan met de koolstofmoleculen en ook met de waterstofmoleculen. (Samen de koolwaterstoffen). Dan ontstaat er de bekende CO2 maar ook H2O. H2O is water. Dit zit verstopt in het rookgas. Bij een klassieke cv-ketel verdwijnt dit uit de schoorsteen en bij koud weer is dit te zien als stoom of “rook”. Bij een HR++  cv-ketel wordt deze stoom afgekoeld (gecondenseerd) door er koude lucht langs te laten gaan waardoor deze weer voorverwarmd wordt. Hierdoor ontstaat er water dat vervolgens afgevoerd moet worden. Er is een productie van 1,872 liter water per m3 aardgas. De energie in deze stoom wordt dus gebruikt en levert een extra warmte opbrengst op van bijna 10 %. Aangezien de definitie van verbrandingswaarde de vrijgekomen warmte bij volledige verbranding is wordt deze gesteld op 100 %. Als de condensatiewarmte dus extra is, kan het rendement boven de 100 % uitkomen. Het is een kwestie van definitie. Hoe lager de temperatuur van het cv-water, hoe beter de rookgassen gekoeld worden en hoe meer er geprofiteerd kan worden van de condensatie.

Hoewel we een HR++ ketel hebben (Nefit Topline), kunnen we niet volledig gebruik maken van de condensatiewarmte = bovenwaarde als het systeem op hoge temperaturen werkt. De onderwaarde van aardgas is 31,65 MJ/ m3 Het is dan goed om rekening te houden met een lagere verbrandingswaarde van het aardgas. Voor de berekening ga ik uit van 5 % lager, dus de 10 m3 levert 92.8 kWh op (10 m3 x 35,17 MJ/ m3/ 3,6 MJ/ kWh – 5 %).

Gemiddeld over een dag komt dit overeen met 92,8 kWh/ 24 h = 3,867 kW aan warmte. Dit getal bepaalt het gemiddeld af te geven vermogen over een dag van de warmtepomp in worst case situatie (slechtste dag in het jaar).

Dit is het moment om nog eens even uit te leggen wat de COP is. Het is de zogenaamde Coëfficiënt Of Performance. Velen noemen dit het rendement. Natuurkundig gezien is dit onjuist. Simpel gezegd betekent het de winstfactor. Als voorbeeld bij een warmtepomp: we stoppen er 1 kW elektrisch vermogen in, dan wordt er 4 kW ergens anders uit gehaald, in ons geval uit de grond. Per saldo komt er dus 5 kW aan warmte uit, er gaat immers nooit warmte = energie verloren. De verhouding vermogen uit/in is dan de COP = 5 kW/ 1 kW = 5.

 

Met een COP van 5 is het gemiddeld opgenomen vermogen over een dag 3,867 kW/ 5 = 773 W. De elektrisch opgenomen energie per dag is dan 24 h x 0,773 kW = 18,6 kWh. Hieruit volgt dat zelfs een kleine warmtepomp in worst case en huidige situatie gemiddeld voldoende capaciteit heeft om het goed geïsoleerde huis te verwarmen.

De berekening is gebaseerd op een stabiele temperatuur. We willen echter vaak, vanwege het comfort, ’s nachts een iets lagere temperatuur en eind van de middag en avond een wat hogere temperatuur hebben. We willen de temperatuur dus wat kunnen variëren. Hiervoor hebben we tijdelijk extra vermogen nodig. De marge in vermogen bepaalt de snelheid van de temperatuuraanpassing in huis. Zoals het er nu uitziet is er een marge van ruim 2 kW en dat is ruim voldoende. (Vermogen warmtepomp = 6 kW, benodigd vermogen = 3,867 kW). Let op: het variëren van de temperatuur is met vloerverwarming nauwelijks mogelijk. Daarvoor zijn laagtemperatuur radiatoren of vloerconvectors nodig die wél snel kunnen reageren.

Bij een verwacht toekomstig equivalent verbruik van 1000 m3 aardgas, dus rekening houdend met een kas en mijn pensioen, met een verbrandingswaarde van 35,17 MJ/ m3 – 5 % zouden we 33,41 GJ/ 3,6MJ/ kWh = 9280 kWh aan elektriciteit nodig hebben om dezelfde hoeveelheid warmte te produceren. Met een warmtepomp met een COP van 5 hebben we in plaats daarvan een extra elektriciteitsverbruik van 1856 kWh nodig t.o.v. de oude situatie. Bij een optimale COP = 6 is dit 1546 kWh.

Bij een test in de winter van 2017/2018 is de cv-ketel teruggetoerd (lager gezet) en het vermogen beperkt tot 25 % van 25 kW naar 6,25 kW. Ook is de maximale temperatuur op 40˚C ingesteld. Het resultaat (zie boek) is dan een bewijs dat het mogelijk is om met de nieuwe radiatoren het huis te verwarmen met water met een maximale temperatuur van 40˚C en een warmtepomp met een vermogen van 6,25 kW.

Zie voor uitleg, grafieken en berekeningen het boek waarin het verbeterde comfort tot uiting komt

Het is belangrijk op te merken dat, nadat de radiatoren geplaatst zijn en de cv-ketel teruggetoerd is, het huis aanmerkelijk comfortabeler is. De hele eerste verdieping (badkamer, atelier en hobbykamer) is van ’s ochtends tot ’s avonds verwarmd in tegenstelling tot daarvoor waarbij alleen rond 16.00h het (te) warm was. Dit verklaart waarom het energie verbruik niet echt is afgenomen maar ook niet is toegenomen. Op basis van een hoger rendement bij lagere temperaturen zou dit anders iets beter kunnen zijn.