Verwarmen op lage temperatuur is de richting waarin alle woningverwarming zich beweegt.
Het is een voorwaarde als we meer warmtepompen willen plaatsen, maar het levert ook bij cv-ketels flinke winst op en maakt de weg vrij voor schonere warmtebronnen.
Wat bedoelen we met verwarmen op lage temperatuur?
Niet dat het koud is in huis. We bedoelen dat u een comfortabele temperatuur haalt terwijl het verwarmingssysteem zelf betrekkelijk koel blijft.
In plaats van radiatoren van 70 °C werkt u met radiatoren van 25 tot 50 °C, zonder in te leveren op comfort en vaak met winst. Systemen op lage temperatuur komen voor ruimteverwarming meestal niet boven de 35 tot 55 °C uit. Dat is voor de meeste Nederlandse installaties goed haalbaar. In dit artikel gaat het overigens om de voordelen van elk systeem dat koeler draait dan het nu doet.
Belangrijk is wel dat ook de temperatuur in uw warmtebron laag is. Die twee gaan niet vanzelf samen.
Er zijn drie manieren om op lage temperatuur te komen: grotere radiatoren, betere isolatie en een regeling die op lage temperatuur stuurt. Elk werkt op zichzelf, maar u komt het laagst en profiteert het meest van onderstaande voordelen als u ze combineert.
Het belangrijkste en eenvoudigste is echter een modulerende regeling goed instellen en gebruiken, zoals een weersafhankelijke of belastingafhankelijke regeling. Dat levert het meeste op van alle voordelen hieronder.
Minder snelle corrosie
Zodra uw systeem draait, is corrosie uw belangrijkste tegenstander. Die komt vooral uit de radiatoren, die vuil afgeven aan het systeemwater. Dat leidt tot schade aan de pomp en de afsluiters, tot aanslag in de warmtewisselaar van een gasketel, tot problemen met inregelen en tot radiatoren die minder goed hun warmte afgeven.
Corrosie is een chemische reactie. Zoals bij elke chemische reactie geldt: hoe warmer, hoe sneller. Moleculen die opwarmen gaan sneller trillen, botsen vaker tegen andere stoffen en reageren dus sneller.
Er bestaat zelfs een vuistregel dat de corrosiesnelheid van metaal verdubbelt bij elke 10 °C temperatuurstijging. Is de corrosiesnelheid bij 50 °C bijvoorbeeld 10 eenheden per jaar, reken dan op 20 bij 60 °C.
Het zuurstofgehalte is hier de belangrijkste variabele. Zuurstof is de actieve stof bij corrosie, vandaar ook het woord oxidatie. Dat verschil ziet u goed als u open en gesloten systemen vergelijkt.
In een open systeem daalt het opgeloste zuurstofgehalte in het water snel zodra het boven de 80 °C komt. Omdat het systeem in verbinding staat met de buitenlucht, kan die zuurstof ontsnappen, en daarboven daalt de corrosiesnelheid dus snel.
In een gesloten systeem ligt dat anders. Doordat het licht onder druk staat, ligt de verzadigingstemperatuur van zuurstof hoger en blijft de zuurstof in het water. En omdat het systeem gesloten is, kan die zuurstof nergens heen. De corrosiesnelheid loopt daardoor gestaag op.
De meeste systemen draaien tegenwoordig op maximaal 80 °C aanvoer en 60 °C retour, waarbij van een daling van de corrosie dus geen sprake is. In een open systeem daalt die pas rond de 90 °C aanvoer, en in een gesloten systeem helemaal niet.
Corrosie is nooit te stoppen, alleen te vertragen, en een lagere aanvoertemperatuur doet precies dat.
Minder thermische schokken
Alle materialen krijgen te maken met thermische spanning, het ene meer dan het andere. In ketels en verwarmingsapparatuur worden onderdelen gekozen die tegen hoge temperaturen kunnen. Het probleem is het weer afkoelen en opnieuw opwarmen.
Dat herhaalde opwarmen en afkoelen kan scheuren veroorzaken, vooral waar twee materialen met verschillende uitzettingscoëfficiënten elkaar raken. Het is een van de redenen dat sommige monteurs liever alleen messing en koper in een ketel zien.
Het kan ook vet in mechanische onderdelen laten uitdrogen en rubberen afdichtingen in koppelingen en afsluiters laten verouderen. U ziet hetzelfde effect bij materialen die buiten aan het weer blootstaan, zeker bij rubber.
Uiteraard worden materialen gekozen die daar minder gevoelig voor zijn. Maar draait uw systeem gelijkmatiger en koeler, dan gaat alles langer mee voordat er reparaties nodig zijn. En dat is in de praktijk gewoon winst.
Beter voor het expansievat
Een expansievat vangt de uitzetting op van het water dat wordt verwarmd. In zo'n vat zit een rubberen membraan en lucht, en die lucht loopt na verloop van tijd terug.
Draait het systeem koeler, dan zet het water minder uit en beweegt het vat dus minder. Daardoor gaat het membraan langer mee voordat het scheurt, en loopt het langzamer leeg. Het rubber op een stabielere, koelere temperatuur houden is bovendien gunstig vanwege de thermische spanning hierboven.
Minder cavitatie en een pomp die langer meegaat
Cavitatie treedt op wanneer uw pomp het water aan de zuigzijde als het ware laat koken door de lage druk. Dat kost energie, sloopt de pomp en maakt lawaai.
Door de temperatuur van het water te verlagen beperkt u dat kookproces. Cavitatie treedt trouwens ook op bij fittingen in het systeem. En regelt de ketel terug, dan draait bij een ingebouwde pomp ook die langzamer, wat de cavitatie verder beperkt.
Schonere en veiligere lucht in huis
Ondanks de naam geeft een radiator het grootste deel van zijn warmte af via convectie en niet via straling. Vaak wordt 80% genoemd. In werkelijkheid hangt de verhouding tussen straling en convectie af van de temperatuur van de radiator. Die convectie trekt lucht langs en door de radiator en laat de warmte via een luchtstroom door de kamer circuleren.
Wordt de lucht langs het oppervlak en door de lamellen getrokken, dat gedeelte dat vol stof en spinrag zit en zelden wordt schoongemaakt, dan komt er een flinke hoeveelheid allergenen in de lucht.
Die allergenen bestaan vooral uit dode huidcellen, uitwerpselen van huisstofmijt, dode mijten, schimmels en bij huisdieren ook haren en huidschilfers.
Uitwerpselen van huisstofmijt zijn het vervelendst. Ongeveer 10% van de bevolking is daar behoorlijk allergisch voor, met soms ernstige klachten en in het bijzonder astma bij kinderen.
Verwarmen op hoge temperatuur droogt de lucht bovendien uit, wat klachten kan verergeren bij mensen met eczeem of luchtwegproblemen.
Verlaagt u de temperatuur van uw radiatoren zelfs maar een beetje, dan verschuift de warmteoverdracht duidelijk van convectie naar straling, waardoor de lucht tot rust komt. Dat is belangrijk, zeker in een huishouden met iemand die gevoelig is voor allergenen.
Minder warmteverlies via leidingen in onverwarmde ruimtes
Warmteoverdracht ontstaat door temperatuurverschil. Hoe groter dat verschil, hoe sneller de warmte overgaat. Leidingen die onder een houten vloer of over zolder lopen, geven warmte af aan ruimtes waar u die niet nodig heeft, zeker als ze heet zijn.
Isoleren werkt beter, maar die leidingen koeler laten draaien beperkt de warmteafgifte ook. Bovendien draait de pomp bij een terugmodulerend toestel vaak langzamer, wat het debiet en daarmee de warmteoverdracht verder verlaagt. Een kleine winst, maar ze tellen op.
Minder geluid en geknap in het systeem
Dit komt niet zozeer door hoge temperaturen als wel door ontbrekende leidingisolatie en onzorgvuldig installeren. Maar knapt en tikt uw systeem, dan komt dat vrijwel zeker door het uitzetten en krimpen van lange leidingen en van radiatorbeugels.
Bij systemen die op hoge temperatuur aan en uit gaan, zetten die lange leidingen steeds uit en krimpen ze weer, waarbij ze langs vloerdelen en balken schuren. Draait het systeem gelijkmatiger en koeler, dan beweegt er veel minder.
Radiatoren tikken om dezelfde reden: ze schuiven bij het uitzetten langs hun beugels. Ook daar helpt koeler stoken.
Comfort bij een lagere kamertemperatuur
Er zijn veel redenen waarom een systeem op lage temperatuur comfortabeler is, en u zult weinig mensen vinden die ermee wonen en het tegenspreken. Er zijn vier hoofdredenen, waarvan meer stralingswarmte de belangrijkste is.
Stralingswarmte
Stralingswarmte is een merkwaardig verschijnsel. Ze heeft geen medium nodig om zich te verplaatsen. Zo verwarmt de zon de aarde, dwars door het vacuüm van de ruimte.
Het is in feite een lichtgolf, infrarood. Ze gaat in rechte lijnen en zodra ze een oppervlak raakt, brengt ze dat oppervlak in trilling op ongeveer dezelfde frequentie als de bron.
Stralingswarmte in een kamer verwarmt de muren en de meubels, en die stralen die warmte vervolgens weer terug de kamer in.
Loopt u een kamer binnen met een lage luchttemperatuur, dan straalt u zelf juist warmte uit naar die kamer, waardoor u het koud krijgt. Met meer stralingswarmte stralen de muren en de radiatoren terug naar uw lichaam en kleding, waardoor u zich warmer voelt.
Dat trekt zich uiteindelijk deels gelijk, maar het verschil is merkbaar en het levert bovendien minder droge lucht op.
Een kleiner temperatuurverschil in de kamer en een gelijkmatige afgifte
Een tweede duidelijk effect van koeler verwarmen is een kleiner temperatuurverschil binnen de kamer. Wordt de ruimte verwarmd door een koelere radiator, dan gaat er meer warmte via straling, en die verplaatst zich in rechte lijnen.
Het infrarood raakt de oppervlakken in de kamer en verwarmt ze, waarna die op hun beurt terugstralen. Het resultaat is dat de kamer gelijkmatiger opwarmt.
Een radiator die vooral via convectie werkt, verwarmt de lucht tot boven de comforttemperatuur. Die lucht koelt af en zakt aan de andere kant van de kamer omlaag, waarbij banken en bedden die stroming kunnen verstoren.
Verwarmen op hoge temperatuur met aan- en uitschakelen zorgt er bovendien voor dat de radiator pulseert. De kamer schiet eerst voorbij de ingestelde temperatuur en zakt er daarna onder, waarna de verwarming weer aanslaat.
Een systeem op lage temperatuur beperkt dat over en weer schieten, en kan de warmte die het systeem levert simpelweg gelijkstellen aan de warmte die nodig is voor een aangename, constante kamer.
Daardoor haalt u comfort bij een lagere temperatuur, en de thermostaat lager zetten vertaalt zich direct in een lagere rekening.
Veiliger
Hete radiatoren en onbeschermde leidingen zijn een duidelijk risico voor kwetsbare mensen, en bij een ongelukje ook voor anderen.
Minder aanslag
Aanslag in gasketels ontstaat wanneer ijzer uit de radiatoren of kalk uit het leidingwater in aanraking komt met het hete oppervlak in de ketel. Dat kan vastkoeken tot een harde, isolerende laag die er nauwelijks nog af te krijgen is.
Er wordt gezegd dat 1 mm aanslag al 5% rendement kost. Zorgelijker is dat vrijwel niemand dat merkt, totdat er veel later problemen ontstaan.
Schonere en efficiëntere verbranding bij gas- en olieketels
Warmteoverdracht is een gevolg van temperatuurverschil. Hoe groter dat verschil tussen twee stoffen, hoe efficiënter de overdracht en hoe minder een isolerende laag ertussen uitmaakt.
Ketels verbranden tussen de 900 °C en 1200 °C. Hoe verder we de temperatuur van het systeemwater daaronder krijgen, hoe beter de warmteoverdracht in de warmtewisselaar.
Bovendien staat een ketel met een regeling die op lage temperatuur stuurt vaker in een teruggeregelde stand. Daarmee zijn de brander en de warmtewisselaar in feite te groot, en dat is precies wat we willen.
Er is dan meer ruimte voor een goede menging en dus een schonere verbranding. Dat ziet u terug in lagere koolmonoxidewaarden wanneer een monteur de verbranding meet op laag vermogen.
Het geeft ook een koelere verbrandingskamer en daarmee minder schadelijke NOx, een ongewenst bijproduct van te hete verbranding. Meer daarover leest u in ons artikel over ketelmodulatie en pendelen.
Verder is het oppervlak van de warmtewisselaar dan groot ten opzichte van het toegevoerde vermogen. Daardoor wordt zoveel mogelijk warmte uit de verbranding gehaald voordat de gassen naar buiten gaan, wat het rookgasverlies verlaagt.
Lagere rookgasverliezen
Voor elke graad dat het rookgas warmer is dan de gewenste kamertemperatuur, gooien we energie weg die we in huis hadden kunnen gebruiken. Die temperaturen echt gelijktrekken zou volstrekt onpraktische radiatoren en warmtewisselaars vergen.
Maar zoals hierboven beschreven komen we een heel eind door de ketel terug te laten regelen. Het rookgas is dan langer in contact met de warmtewisselaar en staat meer warmte af.
Met de huidige isolatie-eisen is een ontwerp op 40/30, dus een systeem op zeer lage temperatuur, geen utopie meer. Lukt dat, dan is in de tussenseizoenen theoretisch een rookgasverlies van rond de 1% haalbaar.
Houd er wel rekening mee dat hierin de verliezen door pendelen en door onvolledige verbranding niet zijn meegerekend. Die komen in andere artikelen aan bod. Deze grafiek rekent bovendien met onderwaarde, zoals in Europa gebruikelijk is.
Het rendement van een ketel wordt doorgaans berekend op basis van de brandstofsamenstelling, de verbrandingsomstandigheden en de rookgasverliezen. Die verliezen bestaan uit alle warmte die de ketel via de rookgasafvoer verlaat, en zijn op te splitsen in droge rookgasverliezen en verliezen door vocht.
Bij droge rookgassen meet u het verlies aan voelbare warmte: alle warmte die de afvoer verlaat boven de omgevings- of retourtemperatuur. Energie die verloren gaat door vocht in het rookgas telt daarin niet mee.
Het verlies door vocht is de latente warmte die verdwijnt doordat er tijdens de verbranding waterdamp ontstaat.
Dat verlies is terug te winnen door die waterdamp weer te laten condenseren. Daar gebruiken we condenserende ketels voor.
Meer latente warmte door extra condensatie
Heeft u een condenserende ketel, dan zorgt een lagere temperatuur in de warmtewisselaar ervoor dat hij meer condenseert. Water is een misschien onverwacht bijproduct van verbranding, maar de reactievergelijking maakt het logisch.
CH₄ + 2 O₂ → 2 H₂O + CO₂ + warmte
In oudere, niet-condenserende ketels verliet dat water de ketel als damp via de rookgasafvoer. Het maken van die damp kost waardevolle energie, tot wel 11%. Die damp in zulke oude ketels laten condenseren zou het binnenwerk laten roesten.
Sinds 2015 schrijft de Europese Ecodesign-richtlijn in de praktijk condenserende ketels voor, ook in Nederland.
Deze ketels kunnen de verbrandingsgassen afkoelen tot onder de 57 °C, en dan condenseert de waterdamp weer tot vloeibaar water.
Die overgang van damp naar water geeft opnieuw warmte af. Hoe lager we de rookgastemperatuur krijgen, hoe meer latente warmte we terugwinnen.
Elke liter opgevangen condenswater levert ongeveer 0,69 kWh terug die anders de lucht in was verdwenen. Een uitgebreidere uitleg staat in ons artikel over condenseren.
De grafiek hieronder laat goed zien hoe lagere retourtemperaturen samenhangen met een hoger rendement.
Naast rendement houdt dat condenswater de warmtewisselaar ook schoon, wat zorgt voor vrije rookgaskanalen en maximale warmteoverdracht.
Deze grafiek geldt overigens alleen voor aardgas. Bij olie is de maximale winst uit condenseren bijvoorbeeld 6%. Andere brandstoffen hebben lagere condensatietemperaturen, waardoor die energie moeilijker is terug te winnen.
Een betere COP bij warmtepompen
Hier spelen minder variabelen, maar valt er juist veel meer rendement te winnen door op lage temperatuur te draaien.
Een warmtepomp die radiatoren op 55 °C voedt, kan 40% meer elektriciteit gebruiken dan hetzelfde systeem op 40 °C. En we weten allemaal wat elektriciteit kost.
Dat komt door de verhouding tussen temperatuur en druk waarop een warmtepomp draait: hoe hoger de druk van het koudemiddelgas, hoe hoger de temperatuur ervan.
Kleine radiatoren, of de vraag naar een hogere temperatuur voor warm tapwater, dwingen de compressor harder te werken om die gastemperatuur op te voeren. Zelfs een kleine drukverhoging kost onevenredig veel meer vermogen.
