Warmtepompboilers gebruiken lucht vanuit WTW
In Leiden worden de komende maanden honderden woningen voor studenten en ‘young professionals’ opgeleverd. Er worden ruim 550 warmtepompboilers geïnstalleerd. De betrokken adviseur en installateur gaven deze boilers een hele nieuwe functie.
De projectontwikkelaar van Leiden is Yours kwam in een vroeg stadium van de bouw voor een uitdaging te staan. Het opwarmen van het tapwater voor de complexen bleek lastiger dan gedacht. Kortom: de vraag veranderde, daarom nam de opdrachtgever een gespecialiseerd adviesbureau in de arm. Dat was VIAC. Zij gingen op zoek naar een installateur en een fabrikant die snel de juiste oplossing konden ontwikkelen die aan de specifieke vraag voor ‘Leiden is Yours’ voldeed.
Kleine kamers, op grote hoogte
“Als wij ergens komen, weten mensen dat we niet meteen zomaar gaan implementeren”, zegt Paul Vink, directeur bij VIAC. “Wij bekijken wat de uitdaging is en met wie wij die aangaan.” De technische uitdagingen die het Leiden is Yours-project zo interessant maken, hebben volgens hem te maken met de implementatie in kleine kamers, op grote hoogte.
In de complexen van het Leiden is Yours-project wonen straks meer dan 2000 studenten en young professionals. “Die moeten individueel van warm water worden voorzien, en het is onwenselijk om alle appartementen een grote installatie te geven”, zegt Vink. “Grotere installaties hebben namelijk méér energie nodig en kosten logischerwijs meer ruimte: ruimte die in de Leiden is Yours-appartementen spaarzaam is. Vaillant bleek te beschikken over warmtepompboilers die genoeg vermogen leveren om twee éénkamerappartementen van warm water te voorzien, maar klein genoeg zijn om tactvol weggewerkt te worden. De studentenkamers maken per twee appartementen gebruik van één boiler. Young professionals krijgen er één per appartement, omdat die groter zijn.
Niet voor de klus ontworpen
VIAC en Breman bedachten een manier om gebruikte lucht vanuit een warmteterugwinning (WTW) te gebruiken voor het verwarmen van het water. De boilers van Vaillant hebben een dermate hoog rendement dat ook relatief koude lucht, al vanaf -7 graden Celsius, gebruikt kan worden voor de verwarming. Er loopt namelijk een vorstvrije vloeistof door de boiler, die ‘warmte’ (ook bij lichte tot matige vriestemperaturen) aan de lucht onttrekt en later weer afgeeft. De technici van Breman bedachten samen met Vaillant een constructie waarin een WTW afvoerlucht (die al is afgekoeld) gebruikt voor de verwarming van water. De WTW koelt lucht en ventileert die naar de warmtepompboiler. Deze gebruikt die lucht vervolgens om het tapwater naar behoefte te verwarmen. Feitelijk gebruik je dus lucht die normaal gewoon naar buiten zou worden geblazen (opnieuw) als warmtebron.
Zo kan de energielevering voor Leiden is Yours volledig onafhankelijk van een stroomnet of leverancier gerealiseerd worden. De daken van de appartementen liggen vol zonnepanelen en ook de cv en warmwatervoorziening zijn duurzaam gemaakt. “Dat gaan we in de toekomst natuurlijk steeds meer zien”, zegt Vink. “De wetgeving is daar heel duidelijk over en met dit soort projecten laten we zien dat het kan.”
Opstelling bedenken
De praktische oplossing voor het grote Yours-project is grotendeels bedacht door Breman Zuid-Holland, de installateur van alle WTW installaties in ‘Yours’. Breman heeft de constructie die voor warm water zorgt ook geplaatst Zij namen de producten van Vaillant op in een geheelontwerp, omdat zij zagen dat het product zou werken voor de toepassing die VIAC en zij voor ogen hadden.
Het enige probleem: Breman moest aantonen dat het ontwerp werkte, met factoren die niet zomaar theoretisch berekend konden worden. Bij installatie in grote gebouwen, met lange leidingen en op grote hoogte, komen drukfactoren kijken die niet gemakkelijk zijn te berekenen of in te schatten. “Daarom bouwden we de volledige constructie in onze werkplaats alvast een keer op”, zegt Mark Dam van Breman, “Zo konden we direct meten of de theoretische berekeningen klopten. Daar zijn VIAC en Vaillant ook bij geweest. We konden meten dat de boiler zijn beloofde rendement behield, monitoren dat alles naar behoren werkte. Begin oktober 2020 plaatsten we de eerste opstellingen, die prefab uit de fabriek komen, ook op de bouwlocatie. Alles klopte. Daar ga je natuurlijk al vanuit, maar omdat het een nieuw concept is wil je toch in de praktijk zien dat het werkt!”
Volledig nieuw concept
VIAC, Breman en Vaillant kwamen in het Yours-project samen tot een geheel nieuw concept. Geen van de partijen was eerder betrokken bij een project waarbij deze bijzondere eisen (compact, hoogbouw, op individuele basis en kostenefficiënt) tot deze specifieke oplossing leidde. “Dat is een compliment waard naar alle partijen”, zegt Harry Lips, accountmanager bij Vaillant. “We stonden voor een uitdaging toen de vraag van de opdrachtgever eigenlijk ineens veranderde. De lucht die de warmtepompboiler moest gebruiken kwam niet van de corridor in de gebouwen, zoals in een eerdere fase van het project, maar vanuit de luchtafvoer van de WTW. Dat we daar met z’n allen dit nieuwe concept voor hebben ontwikkeld is uniek, en de kans is groot dat we deze oplossing in de toekomst vaker gaan zien.”
Ook Mark Dam, projectleider bij Breman, ziet kansen om de ontworpen constructie vaker toe te passen. “Dat ligt natuurlijk grotendeels bij de opdrachtgever. Maar er worden zoveel studentenwoningen gebouwd. Wij hebben met dit concept laten zien het mogelijk is om kleine appartementen met aparte warmtepompboilers van warmwater te voorzien. En ook nog op een duurzame manier.”
Mag het een graadje lager?
Om legionellagroei te voorkomen is een minimumtemperatuur van het warme water vereist van 60 oC in collectieve installaties en van 55 oC in woningen. Om het energiegebruik te beperken wil men deze temperatuur verlagen. Oscar Nuijten (Edu4Install) beantwoordt de vraag: “Tot hoever kunnen we daarmee gaan zonder risico op legionella?”
Zo’n 95% van de sterfgevallen door legionellose wordt veroorzaakt door de soort legionella pneumophila. Pneumophila groeit vooral bij temperaturen die langdurig boven 30 oC liggen. Boven 50 oC kan legionella niet vermeerderen en boven 60 oC wordt de bacterie gedood. Lukt het om de temperatuur overal in de installatie continu boven 60 oC te houden, dan is er geen kans op legionella in warmwater. Dit is geen eenvoudige opgave, vooral in complexe systemen met lange circulatieleidingen. De afkoeling is meestal groter dan berekend en de inregeling voldoet vaak niet.
Beperken energiegebruik
Een nadeel van hoge warmwatertemperaturen is het lagere rendement van de warmteopwekking. Dit speelt vooral bij stadsverwarming en warmtepompen. Bovendien hebben veel van de geïnstalleerde warmtepompen moeite om 60 oC te halen, volgens adviesbureau Hydroscope. Een ander nadeel is het grotere warmteverlies naar de omgeving. Dit is vooral aan de orde bij installaties met een uitgebreid circulatiesysteem. Vandaar dat ontwerpers zoeken naar oplossingen waarbij de temperatuur op een verantwoorde wijze kan worden verlaagd.
NEN 1006
In de Algemene voorschriften voor leidingwaterinstallaties staat kort samengevat:
-In collectieve installaties moet de warmwatertemperatuur op de tappunten en op de retour van een circulatiesysteem minimaal 60 oC zijn.
-In woningen geldt een functionele eis van 55 oC op het tappunt.
-Warmwatervoorraadtoestellen waarin niet continu op alle plaatsen 60 oC (in woningen 55 oC) heerst, moeten wekelijks thermisch worden gedesinfecteerd op minimaal 60 oC.
Het Bouwbesluit en het Drinkwaterbesluit wijzen NEN 1006 aan, maar de wetgever geeft tegelijk ook ruimte voor gelijkwaardige oplossingen.
Regeling Legionellapreventie
In de ‘Regeling Legionellapreventie in drinkwater en warm tapwater’ wordt aangegeven dat installaties voor warm tapwater zoveel mogelijk boven een temperatuur van 50 oC moeten worden bedreven. De Regeling biedt zelfs de mogelijkheid om een leidingnet op lagere temperaturen dan 50 oC te bedrijven. Het leidingnet moet dan wekelijks kort thermisch worden gedesinfecteerd (hitteshock). De Regeling is dus minder streng dan NEN 1006. Daarnaast wordt de mogelijkheid geboden om installaties te bedrijven op 50 oC als een alternatieve techniek wordt toegepast, zoals koper-zilver-dosering. Je moet dan de installatie eerst legionella-technisch saneren, reinigen en desinfecteren en je moet extra monsternames doen, waardoor de kosten van de installatie en het beheer flink zullen stijgen.
Praktische consequenties
Hoe dichter de temperatuur bij 40 oC komt te liggen, des meer warm water en des te minder koud water er toegevoerd moet worden. Niet alle thermostatische mengkranen kunnen deze scheve verhouding aan. Bovendien zijn er grotere leidingdiameters voor de warmwaterleiding en grotere boilervolumes noodzakelijk, wat weer grotere warmteverliezen veroorzaakt. Een lagere warmwatertemperatuur leidt wel tot een betere prestatie van een warmtepomp met boiler. Ook wordt de toepassing van laagtemperatuur-warmtenetten mogelijk. Volgens de huidige voorschriften moet een boiler dan wel automatisch wekelijks kort thermisch worden gedesinfecteerd op minimaal 60 oC (hitteshock). Daarvoor moet dan een controleerbare voorziening zijn aangebracht.
Recente onderzoek
In 2019 heeft Van Wolferen Research een rapport geschreven over de mogelijkheden van verlaging van de temperatuur van warmwater in woningen. Van Wolferen stelt dat in veel situaties verlaging tot zelfs 40 oC mogelijk is zonder risico op legionellagroei, mits dit gecombineerd wordt met een wekelijkse hitteshock.
KWR
Het KWR Water Research Institute is het niet eens met Van Wolferen. Het instituut geeft aan dat het verlagen van de warmtapwatertemperatuur gecombineerd met een wekelijkse hitteshock, zeer waarschijnlijk averechts zal werken en juist kan leiden tot groei van ziekteverwekkende pneumophila. Zeker als de temperatuur daarbij komt te liggen rond de 40 °C. KWR stelt dat de temperatuur in de warmwaterinstallatie continu minimaal 55 oC of nog beter 60 oC moet zijn.
Continu
Een recent onderzoek van het Belgische onderzoeksinstituut WTCB bevestigt dit. Pas bij langdurige wekelijkse thermische desinfecties (24 uur) van het warmwatersysteem op 65 oC, werden redelijke resultaten behaald. En bij een constante aanvoertemperatuur van 60 oC en retourtemperatuur van 55 oC traden geen normoverschrijdingen meer op.
Voorverwarming
Steeds meer installaties worden uitgevoerd met voorverwarming op een lage temperatuur, gevolgd door naverwarming. In figuur 1 staat een voorbeeld. Het onderste deel van de boiler wordt verwarmd met een warmtewisselaar die is aangesloten op een laagtemperatuursysteem. Daar heersen zeer gunstige omstandigheden voor groei van biofilm met legionella, vooral op de bodem. Zolang het naverwarmingselement de temperatuur continu verhoogt tot boven 60 oC zullen de legionellabacteriën in het bovenste deel worden gedood.
Piekgebruik
Als bij een hoog piekgebruik de bovenste helft van de boiler is leeg getrokken, zal er warmwater met een lagere temperatuur vanuit het onderste deel worden geleverd. Dat kan dan de gevaarlijke legionella pneumophila in hoge concentraties bevatten. Als je op dat moment toevallig onder de douche staat, kan je hiermee worden besmet. Bij de reguliere halfjaarlijkse monsternames op de douches wordt dit niet waargenomen, omdat het een situatie is die alleen voorkomt tijdens een bijzonder hoog piekgebruik. Soms komt die situatie zelfs voor tijdens thermische desinfectie van het leidingsysteem waarvoor veel warmwater nodig is. Het is dus zaak dat het volume van het bovenste deel van de boiler te allen tijde voldoende groot is om de maximale piek op te vangen.
ISSO-publicatie 55.1 noemt ook de mogelijkheid om de onderste helft van de boiler automatisch wekelijks kort thermisch te desinfecteren. Dat zou kunnen door een bypass en ‘desinfectiepomp’ aan te brengen en deze wekelijks minimaal 20 minuten te laten draaien.
Alternatieve technieken
Daaronder wordt verstaan: Apparaten die bacteriën verwijderen of doden uit drinkwater op een fysische of elektrochemische wijze, zoals een ultrafiltratie- of een koper-zilver-unit. De huidige regelgeving geeft aan dat bij toepassing van een alternatieve techniek onder strenge voorwaarden een warmwatertemperatuur van minimaal 50 oC op de retour mag worden toegepast.
Studie
In de bovengenoemde brief van KWR wordt verwezen naar een studie in een Zwitsers ziekenhuis naar het effect van verlaging van de warmtapwatertemperatuur naar 50 °C in combinatie met een koper-zilver-dosering. Het continu handhaven van een temperatuur boven 60 °C zonder koper-zilver-dosering liet de beste resultaten zien. Navraag bij adviesbureau Hydroscope leverde op dat zij in Nederland slechts een tweetal projecten onderhanden hebben waarbij een koper-zilver-techniek is gecombineerd met lage warmwatertemperaturen.
Dit is een artikel uit de print-editie van het vakblad IZ. De digitale edities van IZ zijn gratis te raadplegen via www.installateurszaken.nl. Liever een print-editie op uw deurmat? Maak dan gebruik van onze tijdelijke actie en meld u nu aan voor een gratis abonnement op IZ via www.installateurszaken.nl.
