Renovatie van ruimteverwarmingssystemen

Teneinde de strenge energetische doelstellingen op middellange termijn te kunnen verwezenlijken, is het noodzakelijk om de oude ketels te vervangen door moderne warmtegeneratoren. Hiermee kunnen immers belangrijke besparingen gerealiseerd worden. In dit artikel worden de verschillende hiermee gepaard gaande aandachtspunten besproken.

Regelgeving en diagnose

1 | Centrale warmtegenerator: ketel
Alvorens met de renovatie van een verwarmingssysteem aan te vangen, moet men de geldende regelgeving ter zake kennen. Deze kan immers verschillen naargelang van het gewest en van de eventuele aanwezigheid van een stedenbouwkundige vergunning. Voor meer informatie hieromtrent verwijzen we naar de Normen-Antenne ‘Energie en binnenklimaat’ (www.normen.be).

Zelfs als de aannemer/installateur enkel gevraagd wordt om de verwarmingsinstallatie onder handen te nemen, is het belangrijk om rekening te houden met de globaliteit van de werken en de specifieke wensen of comfortbehoeften (voor verwarming en eventueel sanitair warm water) van de opdrachtgever. Er zijn immers diverse ingrepen die een aanzienlijke invloed kunnen hebben op de verwarmingsinstallatie, zoals de verbetering van de isolatie of de luchtdichtheid van de gebouwschil, de verplaatsing van de stookruimte en uitbreidingen of afbraak.

Tot slot is het van primordiaal belang om de huidige staat van de installatie grondig te analyseren om eventuele problemen op te sporen en na te gaan welke delen ervan behouden kunnen worden.

Evaluatie van de verwarmingsbehoefte

2 | Warmteafgiftesysteem: vloerverwarming
Voorafgaand aan de analyse van de bestaande verwarmingsinstallatie dient men het nodige verwarmingsvermogen te bepalen en dit, zowel op gebouwniveau (voor de keuze van een centrale warmtegenerator zoals een warmtepomp of een ketel, zie afbeelding 1) als op ruimteniveau (voor de keuze van de warmteafgiftetoestellen: radiatoren, convectoren, vloerverwarming, zie afbeelding 2, of plaatselijke toestellen zoals gasconvectoren en hout(pellet)kachels, zie afbeelding 3). Een gebouw dat energetisch gerenoveerd wordt, kan immers grondige wijzigingen ondergaan ten opzichte van de oorspronkelijke situatie waarvoor de bestaande verwarmingsinstallatie ontworpen werd. Indien ook de gebouwschil gerenoveerd wordt, zou dit bij voorkeur eerst moeten gebeuren, zodat men hiermee rekening kan houden bij de keuze van de verwarmingsinstallatie (bv. een veel lager vereist verwarmingsvermogen).

Een nauwkeurige warmteverliesberekening dient conform de norm NBN EN 12831 en haar nationale bijlage uitgevoerd te worden. Op de WTCB-website (zie rubriek ‘Rekentools’) worden hiervoor een rekentool en een catalogus van de indicatieve U-waarden ter beschikking gesteld.
3 | Plaatselijke warmtegenerator: pelletkachel

Vermogen van de warmtegenerator

Om te bepalen of de huidige warmtegenerator behouden kan worden, dient men zijn vermogen te evalueren. Indien dit vermogen ontoereikend is, de huidige ketel versleten is of niet meer beantwoordt aan de ‘stand der techniek’ (ketels van meer dan 20 jaar oud), dringt een directe vervanging zich op. Overdimensionering van de ketel is uit den boze. Dit brengt immers niet alleen een hogere investeringskost met zich mee, maar heeft ook ondermaatse prestaties tot gevolg (te krachtige warmtegeneratoren komen in hun laagste werkingsgebied terecht). Men mag evenmin rekenen op het modulatiebereik om de overdimensionering te compenseren. Hiervan mag immers enkel gebruikgemaakt worden voor de dagdagelijkse regeling in functie van de behoeften en de buitentemperatuur. Verder kan de werking van de warmtegenerator onder slechte omstandigheden leiden tot een voortijdige vervuiling en slijtage (herhaaldelijke aan- en uitschakeling), tot frequentere onderhoudsbeurten en tot een sterkere luchtvervuiling.

De situatie waarin de ruimteverwarming en de productie van sanitair warm water (SWW) door eenzelfde toestel gerealiseerd worden, vergt bijzondere aandacht (zie "Energetische renovatie van de sanitair-warmwaterinstallatie"). In geval van een niet-ogenblikkelijke warmwaterproductie (bv. een warmwaterbuffervat dat met een ketel of een warmtepomp op temperatuur gebracht wordt) is het extra vermogen voor de SWW-productie beperkt. Ter bepaling van het volume van dit vat moet er rekening gehouden worden met het werkelijk geïnstalleerde vermogen. In geval van een ogenblikkelijke warmwaterproductie zal het vereiste SWW-vermogen echter meestal bepalend zijn (minstens 25-30 kW), waardoor de ketel minder optimaal is voor verwarming.

Een ander belangrijk aspect is het temperatuurregime waarin de warmtegenerator zal moeten werken (zie tabel). We spreken van het ontwerptemperatuurregime voor de – weliswaar weinig voorkomende – meest kritische situatie (-7 tot -12 °C, naargelang van de streek). In de praktijk wordt het temperatuurregime echter best aangepast aan de werkelijke omstandigheden (bv. met een weersafhankelijke of een andere performante regeling, zoals modulatie op binnenvoelers). Het ontwerptemperatuurregime wordt voornamelijk bepaald door het type warmteafgiftetoestel, het gewenste comfort, het hydraulische schema en de regeling. Zo zorgt een lage retourtemperatuur voor een hoog rendement van condenserende gas- of stookolieketels. Bij warmtepompen dient men de vertrektemperatuur te beperken. Het strekt tot aanbeveling om een ontwerptemperatuurregime te ambiëren van 65/55(/20) voor condenserende gasketels, van 55/45(/20) voor condenserende olieketels en van 40/30(/20) voor warmtepompen en deze te combineren met een weersafhankelijke regeling die bij gunstigere buitentemperaturen voor nog lagere vertrektemperaturen zorgt.

Conventies voor de watertemperaturen in verschillende warmteafgiftesystemen
Warmteafgiftesysteem Hogetemperatuurverwarming Lagetemperatuurverwarming Zeer-lagetemperatuur-verwarming
θw,i > 55 °C (¹)
15 ≤ ∆θw ≤ 20 K (²)
40 ≤ θw,i ≤ 55 °C (¹)
10 ≤ ∆θw ≤ 15 K (²)
30 ≤ θw,i ≤ 40 °C (¹)
5 ≤ ∆θw ≤ 10 K (²)
Radiator/Convector  
Vloer-, plafond- of wandverwarming  
Thermoactieve bouwelementen    
(¹) θw,i: temperatuur van het vertrekwater.
(²) ∆θw: temperatuurverschil tussen het vertrek- en het retourwater.

Vermogen en temperatuurregime van de warmteafgiftetoestellen

De warmteverliesberekening laat toe om per ruimte het vereiste vermogen van de warmteafgiftetoestellen te bepalen.

Indien men de bestaande radiatoren wenst te hergebruiken, kan men per ruimte een lijst opstellen van de aanwezige radiatoren en hun vermogen bij een temperatuurregime van 75/65/20 (of een andere binnentemperatuur, bv. 24 °C in een badkamer). Hiertoe dient men zich te baseren op de technische informatie van de installatie of de catalogus van de fabrikant. Vervolgens moet men aan de hand van de correctiefactoren uit tabel D.1 van het WTCB-Rapport nr. 14 nagaan op welk temperatuurregime de betreffende radiatoren zouden moeten werken om het berekende vermogen te kunnen leveren. Indien het vereiste vermogen bij het gewenste ontwerptemperatuurregime niet gehaald wordt, moeten er radiatoren bijgeplaatst worden of moet er een hoger temperatuurregime vastgelegd worden. Voor de meeste monovalente warmtepompen is het echter eerder onwaarschijnlijk dat de gewenste lage-temperatuurregimes met radiatoren gerealiseerd zullen kunnen worden.

Voor vloerverwarming wordt de oppervlaktewarmteafgifte bepaald op basis van het berekende vermogen. Deze mag niet hoger zijn dan 100 W/m² voor leefruimten en 175 W/m² voor perifere zones.

Technische evaluatie

Indien men bepaalde delen van de installatie wenst te behouden, is het noodzakelijk om hun algemene staat te evalueren. Hiervoor dienen – wat het distributiesysteem betreft – de volgende elementen nagegaan te worden:
    4 | De aanwezigheid en de staat van de isolatie moeten nagegaan worden.
  • is het hydraulische concept nog functioneel of zijn er diverse wijzigingen aan doorgevoerd, zoals de toevoeging van radiatoren, de ombouw van een thermosifon- naar een pompcirculatie of de verplaatsing van de ketel? We willen erop wijzen dat complexe systemen een risico op circulatieproblemen met zich meebrengen
  • verkeert de installatie nog in goede staat? Is er sprake van externe corrosie of lekken? Is de installatie geïsoleerd en in welke staat verkeert deze isolatie (zie afbeelding 4)? Is er asbestisolatie aanwezig? Beschikt de installatie over thermostaatkranen of kunnen deze eenvoudig geïnstalleerd worden?
  • ongeacht de staat waarin ze verkeren, is het ten stelligste aangeraden om het expansievat en alle veiligheidsorganen (bv. veiligheidskleppen en manometers) te vervangen. Het nodige volume van het expansievat kan aan de hand van de rekentool op de WTCB-website (zie rubriek ‘Rekentools’) berekend worden
  • verloopt de circulatie goed en evenwichtig? Warmen alle radiatoren even snel op? Worden de verschillende circuits uniform doorstroomd? Zo niet, moet de oorzaak hiervan nagegaan worden (bv. de hydraulische inregeling, verstoppingen door corrosie of slibbezinksel …).
Hoewel men met de vervanging van oude ketels belangrijke energiebesparingen kan realiseren, kan de eigenaar er soms toch voor opteren om de bestaande warmtegenerator nog enige tijd te behouden. In voorkomend geval moet men de volgende elementen bekijken:
  • de staat van het toestel: in de regel is een ketel na 15 à 20 jaar aan vervanging toe. Dit is echter afhankelijk van het werkelijke gebruik ervan. Een audit van de installatie kan in deze context nuttige informatie opleveren. We willen er niettemin op wijzen dat een verbrandingsattest enkel een rookgaszijdig rendement opgeeft en bijgevolg geen uitsluitsel geeft over het rendement van de ketel en de installatie als geheel
  • het type verbrandingstoestel en de verbrandingsluchttoevoer: open toestellen (met atmosferische branders) onttrekken de nodige verbrandingslucht uit de ruimte waarin ze opgesteld zijn. Deze laatste moet steeds over een permanente, niet-afsluitbare opening naar buiten toe beschikken, waarvan de afmetingen conform moeten zijn aan de in herziening zijnde normen NBN B 61-002 en NBN B 61-001 (voor vermogens vanaf 70 kW). De noodzaak van deze permanente luchttoevoeropening in de stookplaatsen staat echter in contrast met de eis van een voldoende luchtdichte gebouwschil. Daarom is het ten stelligste aangeraden om open toestellen te vervangen door hun gesloten tegenhangers
  • de rookgasafvoerkanalen: hierbij dient bijzondere aandacht besteed te worden aan de luchtdichtheid, sporen van roetdoorslag, de staat van de dakdoorvoer en de stabiliteit van de schouw boven het dak. Men dient eveneens na te gaan of het rookgasafvoerkanaal geschikt is voor de nieuwe warmtegenerator. In het geval van condensatieketels zal dit kanaal wellicht aangepast moeten worden (zie de TV 235). Voor meer informatie over de collectieve schouwen in gebouwen waarin niet alle aangesloten toestellen gelijktijdig vervangen worden, verwijzen we naar de WTCB-Dossiers 2012/4.15 en 2013/4.12.
Wanneer men een deel van de bestaande installatie hergebruikt, is het steeds aanbevolen om een spoeling uit te voeren met het oog op de verwijdering van slib en additieven die mogelijks in het installatiewater terechtgekomen zijn. Bij zeer vervuilde installaties of nieuwe ketels met een gering watervolume zou men de plaatsing van een slijkvanger moeten overwegen.

Mogelijke warmtegeneratoren

Een van de voornaamste selectiecriteria voor de nieuwe warmtegenerator is de beschikbaarheid van een bepaalde brandstof (aardgas, propaan of butaan, stookolie of hout(pellets)) of energiedrager (elektriciteitsaansluiting met voldoende vermogen). Ook de keuze tussen centrale of decentrale warmteopwekking is van groot belang. In wat volgt gaan we dieper in op het eerstgenoemde type brandstof.

Wat gas- en stookolieketels betreft, opteert men best voor gesloten en condenserende toestellen, bij voorkeur in combinatie met lagetemperatuurverwarming. Met een regeling die inwerkt op de watertemperatuur kan dit toesteltype echter ook in bijna elk bestaand warmte-emissiesysteem geïnstalleerd worden.

Tegenwoordig kan men ook een beroep doen op diverse al dan niet condenserende houtketels. Vooral de toestellen met een automatische houtpelletvoeding hebben tal van voordelen te bieden. Er moet dan wel steeds een voorraad pellets aanwezig zijn; hiervoor bestaan verschillende oplossingen. Bij de niet-condenserende toestellen moet men erop toezien dat de retourtemperatuur boven de in de voorschriften van de fabrikant vermelde minimale drempel blijft. Voor meer informatie hieromtrent verwijzen we naar de WTCB-Dossiers 2010/3.14.

Ook warmtepompen kunnen als centrale warmtegenerator fungeren. Nog meer dan bij ketels moet er gestreefd worden naar een (zeer-)lagetemperatuurverwarming zoals vloer- en wandverwarming. De finale seizoensprestatiefactor (SPF, dit is de verhouding tussen de geleverde energie en de verbruikte elektriciteit) wordt immers sterk beïnvloed door deze afgiftetemperaturen.

Geothermische warmtepompen (warmtepompen met de bodem als warmtebron, zie afbeelding 5) vereisen de aanleg van een horizontale of verticale bodemwarmtewisselaar. Dit installatietype vereist evenwel veel plaats waaraan het soms ontbreekt. Indien deze er wel is, zijn deze systemen te verkiezen boven warmtepompen op lucht (zie afbeelding 6) vermits ze een hogere SPF kunnen realiseren. Ondanks het feit dat warmtepompen op lucht makkelijk toepasbaar zijn in een renovatiecontext, vertonen ze doorgaans minder goede prestaties omdat de buitenlucht in de regel kouder is dan de bodem. Voor meer informatie over geothermische warmtepompen verwijzen we naar de WTCB-Dossiers 2013/3.2 en de website van Smart Geotherm (www.smartgeotherm.be).

Voor situaties waarin de vereiste afgiftetemperaturen hoger zijn, kan men teruggrijpen naar hogetemperatuurwarmtepompen of hybride warmtepompen (zie de WTCB-Dossiers 2014/3.11). Deze laatste combineren doorgaans een warmtepomp met een gasketel (eventueel een reeds bestaande ketel) die bijspringt wanneer een hoge temperatuur of een groter vermogen nodig is (bv. voor sanitair warm water of bij lage buitentemperaturen).


5 | Geothermische warmtepomp
6 | Warmtepomp met de buitenlucht als warmtebron

Regeling

Binnen een verwarmingsinstallatie zijn het gewoonlijk de regelelementen (bv. kamerthermostaten, thermostaatkranen, weersafhankelijke regeling) die het snelst verouderen. Het is bijgevolg ten stelligste afgeraden om deze elementen bij renovaties te behouden en te gebruiken in combinatie met nieuwe installatie-onderdelen, temeer omdat er tegenwoordig diverse mogelijkheden voor een intelligente regeling bestaan, zoals de koppeling aan domotica of de besturing met behulp van apps.

Besluit

De vervanging van oude ketels van het open type door gesloten condensatieketels kan belangrijke besparingen opleveren. Het is echter evenzeer mogelijk om goede prestaties te behalen bij een installatie waarvan bepaalde onderdelen behouden blijven, voor zover men overgaat tot een grondige analyse van het volledige systeem, al dan niet in combinatie met een aantal innovatieve technieken.

P. Van den Bossche, ing., laboratoriumhoofd, laboratorium Verwarming en ventilatie, WTCB