Intelligente verwarming: het ontwerpen van een verwarmingssysteem met weercompensatie

Het weer lijkt minder voorspelbaar te worden. Zo schommelde het jaarlijkse aantal dagen met temperaturen onder nul de voorbije jaren heel sterk in het VK. In 2020 piekte het aantal dagen per maand met luchtvorst in maart, met 7,9 dagen. In 2021 piekte het in januari, met 18,5 dagen (bron: Statista). Een vorstdag is elke dag met een minimumtemperatuur onder nul.

In ons streven naar efficiëntie en comfort moeten we de impact van deze schommelingen beperken, en dat kunnen we doen met behulp van weercompensatie.

Wat is het verschil tussen weercompensatie en gewoon vertrouwen op een thermostaat?

Normaal wordt de warmteoutput van een warmtebron verminderd in de zomermaanden en verhoogd naarmate het kouder wordt. Tijdens koude perioden zijn er grotere verliezen in het hele gebouw en is er dus meer energie nodig om de gewenste temperatuur binnen te handhaven.

Bij het gebruik van weercompensatie gaat het in de eerste plaats om het comfort van de klant door de binnentemperatuur van het huis gedurende langere perioden zo dicht mogelijk bij het instelpunt te houden. En als gevolg van de compensatie zullen de meeste systemen efficiënter werken.

Kamercompensatie (of verbruikerscompensatie) met behulp van PI (proportionele integraal) of PWM (pulsbreedtemodulatie) en individuele kamerthermostaten, is een uitstekende manier om gelijkmatige streeftemperaturen te handhaven, maar is doorgaans reactief en wordt niet beïnvloed door de buitentemperaturen.

Weercompensatie werkt daarentegen proactief. Het meet de buitentemperatuur en past de output van de verwarmingsketel aan voordat het huis de kans heeft om af te koelen. Dat is natuurlijk niet eenvoudig en omvat een flink aantal variabelen, waarvan sommige in werkelijkheid moeilijk te bepalen zijn. Enkele voorbeelden:

• Percentage warmteverlies uit het gebouw - hoe goed is het gebouw geïsoleerd?
• Afgifte - wordt de warmte snel (radiatoren) of langzaam (vloerverwarming) afgegeven in de woning?
• Luchtdichtheid en luchtstroom - hoe luchtdicht is de woning en hoe goed wordt de lucht verplaatst? Vastgoed met mechanische ventilatie en warmteterugwinning (MVHR) zal een veel gelijkmatigere warmteverdeling hebben.
• Temperatuurverschil - in hartje winter, wanneer de temperaturen onder het vriespunt dalen, is het temperatuurverschil tussen binnen en buiten het grootst en is er dus meer energie nodig om het gebouw te verwarmen.
• Gebruikspatroon - wordt het eigendom op willekeurige basis gebruikt? Als dat het geval is, verdient opwarming van een laag uiterste naar een hoge temperatuur veel minder de voorkeur dan het handhaven van een constante temperatuur.
• Type van warmtebron - gaat het om een gasketel, stookolieketel of warmtepomp? Deze laatste zal efficiënter zijn bij verschillende belastingen en, in het geval van luchtwarmtepompen (ASHP's), bij verschillende buitenluchttemperaturen.
• Timers actief - een warmwatertimer of verwarmingstimer (inclusief moduswijzigingen) bepaalt wanneer de verwarmingsketel actief is; in het geval van een ASHP kan het maximale rendement overdag worden bereikt wanneer de buitenluchttemperaturen warmer zijn.
• Aan de temperatuurvereisten beantwoorden en tegelijk een maximaal rendement behalen - dit vereist mogelijk dat men jongleert met de vraag naar warm water van 60 °C, gevolgd door de vraag naar vloerverwarming van bijvoorbeeld 45 °C.
• Ontwerp van het verwarmingssysteem - header met laag verlies, thermische opslag, pompsnelheden, mengkleppen - dat alles zal een verschil maken voor de werking van het systeem.

Ruw geschat kan een wijziging van de thermostatische regeling van aan/uit naar PI resulteren in een rendementsverhoging met 5 tot 15 procent. Door weercompensatie toe te voegen, kan die verhoging nog verder oplopen.

Weercompensatie implementeren met KNX

Het gebruik van KNX om de weercompensatie te regelen vereist zorgvuldige overwegingen in het ontwerpstadium. Voor kleinere installaties kan de toepassing van de weercompensatiefuncties van de ketelfabrikant de eenvoudigste en meest prijsgunstige oplossing zijn.

Een KNX-/OpenTherm-interface geeft elektriciens via de verwarmingsketel toegang tot buitentemperatuurmetingen, geeft feedback over de aanvoertemperaturen van de ketel, en biedt een algemeen middel voor beheerde warmtevraag voor zowel verwarming als warm water. Naarmate de verwarmings- en warmwatersystemen in omvang en complexiteit toenemen, komt de veelzijdigheid van KNX beter tot zijn recht. Een willekeurig aantal verschillende input- en outputapparaten kan in het systeem worden ontworpen, samen met de mogelijkheid tot monitoring voor probleemoplossing en onderhoud en diagnose op langere termijn.

Verwarmingsdesign zal elementen van logica vereisen en vele KNX-apparaten worden nu geleverd met basale logische functies. In grotere, meer gesofisticeerde systemen, waar de aanvoertemperaturen rechtstreeks kunnen worden gemanipuleerd, kunnen echter PID-functies (Proportional Integrated Derivative) vereist zijn, en dus ook een afzonderlijke, specifieke logische regelaar.

Zoals bij alle projecten zul je de opbrengsten moeten analyseren. In het geval van weercompensatie is dat niet eenvoudig omdat je met erg veel onbekenden rekening moet houden. Een eenvoudige terugverdientijdberekening moet echter snel uitsluitsel geven over de vraag of weercompensatie in uw situatie de moeite waard is.

Conclusie

In een goed ontworpen systeem zal weercompensatie ervoor zorgen dat de woning tijdens de winter op een comfortabele temperatuur blijft en tegelijk efficiënter werkt. Gezien het aantal variabelen zal elke installatie echter maatwerk zijn. De uitdaging schuilt in het kwantificeren van de efficiëntiewinst ten opzichte van een 'niet-gecompenseerd' systeem.

Een van de extra voordelen van KNX is dat je toegang hebt tot alle informatie op de KNX bus. Door monitoring- en grafieksoftware te implementeren, kunnen trends en problemen op langere termijn worden vastgesteld. Het is vooral belangrijk dat je goed nadenkt voordat u weercompensatie implementeert, en dat je nog voorzichtiger bent met de winst die u claimt te kunnen bereiken.

Andy Ellis is de oprichter en de managing director van Household Automation Ltd en de zusteronderneming Knxion Ltd, die consultancy-, ontwerp-, installatie- en nazorgdiensten op het vlak van gebouwenautomatisering bieden aan klanten die actief zijn op de markt van residentieel en commercieel vastgoed.

www.household-automation.co.ukwww.knxion.co.uk