Warmteterugwinsysteem WTW

Bij ventilatie is de vraag hoeveel warmte je verliest. Laten we eens aannemen dat we een CVE (Centrale Ventilatie Eenheid) hebben en een afzuiging hebben van 100 m3/ h. De elektrische verliezen zijn bij een echt zuinige installatie ca. 87 kWh per jaar  (zie voor een update onderaan).  Maar de warmteverliezen zijn veel meer. Dan moet ik even wat getallen roepen: de dichtheid van lucht is 1,29 kg/ m3, de soortelijke warmte is 1kJ/ kg.K. Om een en ander uit te rekenen heb je de gemiddelde temperaturen nodig van de stookseizoenmaanden. In de volgende tabel is de gemiddelde temperatuur te zien van 1990 t/m 2019.

Het gemiddelde van oktober t/m maart is 5,99 °C

De rest van het jaar gemiddeld 14,98 °C

Het jaargemiddelde is 10,497 °C

Bron: https://www.wintergek.nl/data/lijst-gemiddelde-temperatuur-nederland

Om het eenvoudig te houden nemen we een gemiddeld temperatuurverschil met buiten van 12 graden (18 °C – 6 °C) gedurende een periode van 180 dagen. Nu kunnen we bij benadering uitrekenen hoeveel warmte we verliezen in die periode.

100 m3/ h x 1,29 kg/ m3 x 1 kJ/ kg.K x 12 K x 180 d x 24 h/ d = 6687360 kJ = 1858 kWh

Dit is bij een gewone CVE echt verlies omdat de warme lucht wordt afgevoerd naar buiten en vervolgens weer aangevuld met koude lucht ook van buiten. Dit is een gemiddelde van ca. 10 kWh per dag. Op een echt koude dag is het dan ongeveer het dubbele, 20 kWh. Met een warmtepomp (COP = 5) kunnen we dit opwekken met 372 kWh per jaar aan elektriciteit. Hiervoor betalen we dan ongeveer € 78 per jaar. Dit is bij mij de oude situatie. Je kunt dit verlies weer terugverdienen door de warme lucht die we afzuigen, te gebruiken om de binnenkomende lucht op te warmen. Dit is het principe van een WTW. Dit kan zelfs met een rendement van meer dan 95 % tot zelfs 98 %. Netto is het verlies dan 92,9 kWh (5%) aan warmte (18,6 kWh aan elektra met een warmtepomp).  

  (zie voor een update met gemeten getallen onderaan)

Het valt te beredeneren dat het rendement afhankelijk is van het temperatuurverschil en de flow. Bij kleinere temperatuurverschillen en/of een grotere flow zal het rendement zakken.

Bij nieuwbouw is het heel verstandig om dit meteen toe te passen omdat er, als het goed is, weinig kieren zijn die voor ventilatie kunnen zorgen. En zoals elders beschreven is ventilatie echt nodig. Bij een gerenoveerd huis, zoals dat van mij, wordt het lastiger. Er zijn meestal weinig buizen beschikbaar (alleen toilet, badkamer en keuken) en nieuwe buizen aanleggen is vaak bezwaarlijk vanwege het noodzakelijke hak- en breekwerk. Bij oudere woningen is de vloer op de bovenste verdieping(en) soms van hout. In dat geval kunnen eenvoudig ventielen en leidingen in of over het plafond geplaatst worden.

“Als het niet kan zoals het moet, dan moet het zoals het kan”

 Toch is er ook in bestaande bouw vaak wel een compromis mogelijk. We kunnen de bestaande buizen (toilet, badkamer en keuken) blijven gebruiken voor de afvoer van lucht, evenals dat er bij ons huis een schuine hoek of koof in het trapgat is (wordt de lepe hoek genoemd). In de schuine ruimte lopen leidingen maar in de doorsnede zit nog voldoende ruimte voor lucht transport.

Bij ons wordt de lucht dus afgezogen door buizen en het trapgat. Het trapgat heeft een doorsnede van ca. 1 m2. De toevoer laat ik lopen via de lepe hoek, de schuine kant in het trapgat. Die komt vervolgens uit in de gangkast. De gangkast ligt tegen de keuken aan en kunnen we de lucht via een gat onder het keukenblok gebruiken om een extra kanaal te creëren om de lucht naar de open keuken en dus huiskamer te brengen. De luchtstroomrichting in het trapgat is dus omhoog met een temperatuur zo rond de 19 °C.

Op de zolder wordt de lucht uit het toilet en de badkamer via de buizen weggezogen evenals voor een deel uit het trapgat. Wat afgezogen wordt, wordt in dezelfde mate weer aangevuld met voorverwarmde lucht.

Om de toevoer van lucht mogelijk te maken via de lepe hoek, het keukenblok en de huiskamer, komt het in de gang en trapgat terecht. Vervolgens is er onder elke deur in huis een kier van ca. 1,5 cm. Dit is voldoende om de lucht aan te voeren. Let op, dit is niet zoals een WTW bedoeld is maar het alternatief is geen WTW en ventilatie alleen maar op basis van tocht. Wat ik hiermee wil aangeven is dat met enige fantasie en denkwerk, het veelal toch mogelijk is om moderne technieken toe te passen al is het niet overal volgens de regels. Zouden we de regels toe moeten passen dan komt er geen WTW omdat het onbetaalbaar is. Het is dus een compromis.

Er is nog een effect dat benoemd moet worden. Als het buiten koud is, dan zal de warme lucht uit huis, die afgevoerd wordt, afgekoeld worden door de inkomende lucht. Meestal bevat de warme lucht meer vocht in absolute zin (g/ m3) dan de binnenkomende koude lucht. Als de afgevoerde lucht onder het dauwpunt komt zal het vocht eruit condenseren en daarvoor is dan een condenswaterafvoer nodig met een sifon (zwanenhals) tegen mogelijke stank als het op het riool wordt aangesloten.

En dan hebben we nog de buitenlucht aan- en afvoer. De WTW komt bij ons op zolder te staan, net onder het dak. Daar is niet veel ruimte voor installatiewerk, eigenlijk te weinig. Voor de aanvoer van de koude buitenlucht wil ik een gat maken zodat de lucht onder de dakpannen vandaan gezogen kan worden. Dit is op de noordkant van het huis. Het komt toevallig zo uit maar dat is prima. In de zomer is dit de koudste kant van het huis en in de winter maakt het niets uit, dan is er toch weinig zon. Prima om zomers wat extra koude-invoer te hebben. De afvoer komt toevallig ook mooi uit. Hier kunnen we gebruik maken van de schoorsteen waar al een ventilatiegat zit. Eenvoudig om de lucht daar af te voeren.

Wat nu als het buiten vriest. Dan bestaat het risico dat het condenswater uit de warme lucht uiteindelijk bevriest. Daarvoor is bijvoorbeeld bij het merk Zehnder, de “ComfoAir” een voorziening getroffen om de buitenlucht eerst elektrisch voor te verwarmen zodat de lucht boven nul is. Dan wil ik een poging doen om uit te rekenen hoeveel elektra daarvoor nodig is. Ik ga voor het gemak ervan uit dat het één graad vriest en de flow nog steeds 100 m3/ h is:

100 m3/ h x 1,29 kg/ m3 x 1 kJ/ kg.K x 1 K x 24 h = 3096 kJ = 0,86 kWh.

Anders gezegd, het kost ons 0,86 kWh per graad vorst gedurende 24 uur.

Het eerste wat ik dacht kunnen we de buitenlucht dan niet voorverwarmen met de warmtepomp?

Nee, helaas niet. Als het water van de warmtepomp stil zou komen te staan (bijvoorbeeld ’s nachts) dan zou dit kunnen bevriezen en de leiding zou kunnen barsten door de uitzetting van water bij ijsvorming. Om de kosten omlaag te brengen zou je wel iets kunnen inleveren op de ventilatie waardoor je ook minder elektriciteit nodig hebt. Dit zou ongeveer de helft kunnen schelen.

Volgens het KNMI:

https://www.knmi.nl/nederland-nu/klimatologie/maand-en-seizoensoverzichten/2017/jaar

zijn er normaal 8 ijsdagen en 56 vorstdagen. Op basis hiervan schat ik dat er 4800 vorstgraaduren zijn (de som van het aantal graden vorst maal het aantal uren) en zou neerkomen op 172 kWh per jaar aan elektriciteit. Dat is precies op het moment dat er nauwelijks elektriciteit opgewekt wordt door de zonnepanelen. Dat is ongunstig. Wegens de versoberde salderingsregeling valt er dan niet zo veel te compenseren met de opbrengst.

Als alternatief heb je bijvoorbeeld bij de Itho WTW een vorstklep die, als het buiten vriest, warme lucht van binnen mengt met de buitenlucht zodat er geen ijsvorming door de vorst ontstaat. Dit is wel aantrekkelijk uit energieoogpunt. Ook hier hebben we extra verlies maar dat kunnen we aanvullen met de warmtepomp. Deze heeft voor de compensatie via de warmtepomp ca. 34 kWh nodig.

Je kunt, buiten het winter- of stookseizoen, ervoor kiezen om in het huis de ramen open te zetten. Veel mensen vinden dat prettig. Echter, voor de ventilatie hoeft dat niet meer. Alle ramen zouden dicht kunnen en toch wordt er dan meer dan genoeg geventileerd en blijft het huis op temperatuur als deze geregeld wordt door de warmtepomp inclusief de koeling. Dus ook in de zomer heeft een WTW op dit vlak ook z’n nut. Als de buitenlucht warm is en binnen is het koeler, dan wordt de buitenlucht afgekoeld en dat is dan ook comfortabeler. Alleen, als er ramen openstaan dan zal het effect veel minder of verdwenen zijn. De WTW heeft hier bovenop zeker nut als het gaat om de luchtvochtigheid te regelen (badkamer) of eventueel de CO2 als er meer mensen bij elkaar zijn.

Nu is de vraag of het zich terugverdient. Financieel gezien is het eenvoudig. Als we een standaard CVE vervangen door een WTW dan kost dat minimaal ca. € 1500 (materiaal). We verdienen het dan terug in 15 jaar. Maar er zijn meer en mogelijk belangrijkere argumenten om het te doen: minder tocht en toch verse lucht, minder koudespots en meer verwarmingsvermogen beschikbaar in huis. De verliezen zijn immers minder. Bij 12 °C-verschil en een flow van 100 m3/h is de winst 95%:

12 K x 1,29 kJ/ kg.K x 100 m3 x 1 kg/ m3 /3600 s/ h x 95% = 408 W. ( = 9,8 kWh per dag)

 

Bedenk wel dat is dan dag en nacht. Dat kan gemiddeld zo de helft zijn van het geleverde vermogen van de warmtepomp. Hoe lager de buitentemperatuur hoe beter de verhouding. Doordat de warmtepomp op een iets lager vermogen hoeft te werken, zal de COP ook ietsje hoger kunnen zijn. Kortom, zuiniger en  je hebt ook meer comfort.

 

Uiteindelijk is mijn keuze gevallen op een Itho HRU ECO 300.

Niet dat ik er reclame voor wil maken maar deze is in verschillende standen te plaatsten en heeft een vorstklep en daarmee energiezuiniger. Bovendien had ik al draadloze bediening (luchtvochtigheid, CO2 sensor, schakelaar met timer) voor de oude CVE van Itho en dat scheelt weer geld.

Ook is het fijn dat de huisaansluiting dubbel uitgevoerd is. Op het plaatje te zien, zowel boven als beneden.

Update met gemeten waarden van de WTW

Het elektrisch verbruik van deze WTW is gemiddeld 5 W

De WTW is vocht- en CO2 gestuurd.

Als de vochtsensor in de badkamer detecteert dat de badkamer nat is, gaat de WTW op hoog toerental werken en is de afzuiging  217 m3/h. Dit duurt gemiddeld ca. 1 uur. Het opgenomen vermogen is dan  65 W.

De CO2 sensor werkt proportioneel. 

CO2 waarde        luchtflow     vermogen

400 ppm              52 m3/ h           4,5 W

600 ppm             100 m3/ h           8 W

1100 ppm           135 m3/ h          21 W

 

Energieverbruik WTW   bij onderstaande CO2 conditie

Het actief zijn van de sensoren hebben een verwaarloosbaar effect op het gemiddelde verbruik van de WTW. Ik heb het gemiddelde verbruik afgerond op 5 W.

Het elektrisch jaarverlies van deze WTW is gemiddeld 5 W. Dit kost: 5 W x 24 h/d x 365 d x € 0,21 = € 9,20 per jaar aan elektriciteit. (De WTW draait het hele jaar)

Aan warmte kost dit bij een rendement van 95% (= verlies van 5%):

In de winterperiode van 180 dagen is het temperatuurverschil gemiddeld 12 K.

5% x 52 m3/ h x 1,29 kg/ m3 x 1 kJ/ kg.K x 12 K / 3600 s/h = 11,2 W gemiddeld gedurende de winterperiode van 180 dagen.

Per jaar 11,2 W x 180 d x 24 h/ d  = 173871 kJ = 48,3 kWh

Met een warmtepomp met COP = 5 kost het aan elektriciteit 9,66 kWh 

Je betaalt hiervoor dan 9,66 x € 0,21 = € 2,04 per jaar.

Conclusie: de WTW kost € 11,24 per jaar aan elektra en warmteverlies bij gebruik van een warmtepomp, Je houdt de CO2 waarde onder de 1000 ppm en het vocht in de badkamer wordt afgevoerd.