Type vorstbeveiliging en rendement WTW in de warmteverliesberekening

De keuze van het type vorstbeveliging heeft een grote invloed op het meegenomen rendement van de WTW in warmteverliesberekeningen. Een verkeerde keuze resulteert in een lager rendement én een slecht binnenklimaat.

Bij nieuwbouw worden gebouwen tegenwoordig altijd voorzien van Balansventilatie. Dit houdt in dat er verse buitenlucht op een mechanische wijze wordt ingebracht in de woning of bedrijfsgebouw. Dezelfde hoeveelheid lucht wordt weer op mechanische wijze afgevoerd en daardoor is het systeem in  ‘balans’. Er is dus sprake van mechanische toe- en afvoer, ook wel ventilatiesysteem D.

Bij dit systeem wordt vaak ook Warmteterugwinning toegepast (afgekort WTW = Warmteterugwinning-systeem). Door ventilatie wordt verse lucht in de woning ingebracht en deze dient te worden opgewarmd tot op het nivo van de binnentemperatuur. Dit opwarmen kosten veel energie. Om te blijven in de terminologie van de warmteverlies: er is veel ventilatie warmteverlies. WTW kan een groot deel van deze energie terugwinnen doordat de koude buitenlucht wordt opgewarmd met de warme buitenlucht. Het rendement varieert maar zou wel 90% kunnen zijn volgende de leveranciers.

 

Afbeelding  Balansventilatie (systeem D)

 

Nu zijn er allerlei varianten van WTW. In de warmteverliesberekeningen maken we een zo goed mogelijke inschatting. Zo ook voor het type vorstbeveiliging van deze systemen. Het type vorstbeveiliging heeft een grote invloed op het rendement in de warmteverliesberekening uitgaande van de ISSO-normen.

De verschillende methoden hebben invloed op het rendement van de WTW. Vaak daalt het rendement bij ingeschakelde vorstbeveiliging.

In dit artikel gaan we in op het type vorstbeveiliging en wat de invloed is, in de warmteverliesberekening, op het rendement.
_{* Opmerking. We hebben het specifiek dus over de warmteverliesberekening en hoe deze berekening met vorstbeveiliging en rendement omgaat. Dit artikel is niet bedoeld om bepaalde systemen of merken af te keuren of in diskrediet te brengen.}

 

 

WTW en vorstbeveiliging

 

Allereerst een korte algemene beschrijving. Bij een WTW gaan de warme binnenlucht en koude buitenlucht langs een warmtewisselaar. In de winter geeft de afgevoerde warme lucht zijn warmte af aan de koude buitenlucht. In de winter kan condens dat ontstaat tijdens de uitwisseling van warme en koude lucht in een WTW installatie bevriezen met alle gevolgen van dien. De WTW zal ook niet meer goed kunnen werken en/of de afvoer van lucht wordt geblokkeerd. Om dit te voorkomen, zijn de meeste WTW installaties voorzien van vorstbeveiliging. Bij lage buitentemperaturen schakelt de vorstbeveiliging in.

 

Typen vorstbeveiliging

 

Deze vorstbeveiliging kan op verschillende manieren. Wij zijn niet een uitgesproken specialist op dit terrein, maar we begrijpen dat er grofweg de volgende categorieën zijn:

Voorverwarmer

Ventlatiebox met een voorverwarmer. Deze voorverwarmer (elektrisch) verwarmt de ingaande lucht. Vaak is de voorverwarmer een extra optie.  Met andere woorden: een bepaalde ventilatie-box wordt verkocht met- en zonder voorverwarmer. De voorverwarmer kost dan vaak extra, Er zijn echter ook leveranciers met ventilatieboxen die áltijd uitgerust zijn met een voorverwarmer.

 

Vorstklep

Deze vorstklep zorgt ervoor dat lucht uit de opstellingsruimte wordt aangezogen. Hierdoor wordt de warme lucht uit de ruimte gemengd met de koude buitenlucht zodat de aanzuiglucht bovem de 0°C komt. Bij dit type wordt de lucht gerecirculeerd. Op deze manier is er dus eigenlijk minder verse lucht.

 

(Tijdelijke) onbalans

Bij deze methode gaat de toevoerventilator minder hard draaien. Dit houdt in dat er minder koude lucht van buiten wordt aangezogen terwijl de hoeveelheid afgezogen binnenlucht hetzelfde blijft. De koude buiten warmt op deze manier meer op. Het gevolg hiervan is wel dat er minder verse lucht van buiten wordt toegevoerd bij vorst. Een bijkomend aspect die deskundigen ook wel noemen is dat er op deze manier onderdruk in de woning ontstaat waardoor lucht naar binnen wordt gezogen door kieren en naden.

 

Geen of externe voorverwarmer

Er bestaan ventilatieboxen waar geen voorverwarmer in de box zelf mogelijk is. Soms is het dan wel mogelijk om een externe voorverwarmer te koppelen.

 

Afbeelding  Voorverwarmer van een WTW-unit (bron: duco.eu)

 

 

Gezondheid en kwaliteit binnenklimaat

 

Naast het rendement in combinatie met vorstbeveiliging is het ook goed om te kijken naar het binnenklimaat. Bij vorstbeveiliging is een gezond binnenklimaat wellicht moeilijker te waarborgen met alle gezondheidsrisico’s die ermee gepaard gaan.

 

 

Type vorstbeveiliging en rendement WTW in de warmteverliesberekening

 

In de warmteverliesberekeningen en de daarvoor ingestelde ISSO-normen (ISSO 51 voor Woningen en ISSO 53 voor Utiliteit) bepaald het type vorstbeveiliging direct het rendement van de Warmteterugwinning (WTW). Daarmee is de keuze van het type vorstbeveiliging dus belangrijke aspect bij de aanschaf van balansventilatie systeem.

De uitleg is vrij lang, maar het wordt tot in detail duidelijk. Het zit als volgt.

Voor het ventilatie warmteverlies is het bepalend wat het verschil is tussen de binnen- en buitentemperatuur. Een groot verschil T_binnen - T_buiten betekent dat er meer opwarming moet plaatsvinden en dus een hoger ventilatie warmteverlies.

Bij ventilatiesysteem D met WTW wordt in de warmteverliesberekening de T_buiten vervangen door T_toevoer. T_toevoer wil dus eigenlijk zeggen dat niet de buitenlucht temperatuur maar de temperatuur van de ingeblaasde lucht wordt gebruikt. Bij WTW is sprake van voorverwarming van ventilatielucht.

Het ventilatie warmteverlies (ø_v) kan als volgt worden berekend*:
_{* Opmerking. We gebruiken hier bewust niet altijd de exacte afkortingen en symbolen uit de ISSO-normen. Dit doen we omdat we met eigen symbolen en afkortingen het verhaal beter leesbaar willen hebben.}

ø_v = 1,2 * q_v * f_v * ( T_binnen - T_buiten ) Warmteverlies door ventilatie [ W ]

1,2 = soortelijke massa van lucht (1,2 kg/m3) * soortelijke warmte van lucht (1000 J/(kg.K) [ J/(dm3.K) ]
q_v = ventilatiedebiet [ dm3/s ]
f_v = correctiefactor voor WTW en lagere luchttemperatuur [ - ]
T_binnen = ontwerpbinnentemperatuur [ °C ]
T_buiten = ontwerpbuitentemperatuur [ °C ]

 

Om te kijken naar de vorstbeveiliging in relatie tot het rendement van de WTW is de correctiefactor f_v waar het ons om gaat. Deze correctiefactor corrigeert voort 2 aspecten:

1. Correctie voor hogere intrede temperatuur dan de buitenlucht. Dit is het geval bij voorverwarming van de toevoerlucht door WTW, voorverwarming of recirculatie/lucht uit een andere ruimte.
2. Lagere luchttemperatuur. Dit heeft te maken met de temperatuur gelaagdheid in een ruimte (valt buiten de scope van dit artikel).

Deze correctiefactor (f_v) voor WTW wordt als volgt berekend:

f_v = (T_binnen - T_toevoer) / (T_binnen - T_buiten)  Correctiefactor voor WTW [ - ]

Een snelle interpretatie is dat bij afwezigheid van WTW de factor 1 is: T_toevoer = T_buiten. Bij aanwezigheid van WTW is de T_toevoer hoger dan de buitentemperatuur en wordt de factor < 1. Een correctiefactor < 1 resulteert in een lager ventilatie warmteverlies.

De T_toevoer wordt als volgt berekend:

T_toevoer = f_vv * rendement WTW * (T_{binnen/retour}- T_buiten) + T_buiten Toevoertemperatuur (= temperatuur na WTW) [ °C ]

f_vv = fractie van het rendement dat in rekening wordt bij elektrische voorverwarming of recirculatie [ - ]. Zie onder.
rendement WTW = rendement van de warmteterugwinning [ 0 - 1 ]
T_{binnen/retour} = retourtemperatuur naar WTW of indien niet bekend binnentemperatuur [ °C ]
T_buiten = buitentemperatuur [ °C ]

 

De fractie van het rendement (f_vv) wordt beschreven in de ISSO 51 norm, als volgt:

 

 

Correctie rendement afhankelijk van het type vorstbeveiliging

 

Bron: ISSO 51 (2023).

De fractie f_vv (fractie rendement afhankelijk van het type voorverwarming) is:

f_vv = 1
Toevoerlucht voorverwarmd elektrisch of door recirculatie (geen aftoeren ventilatoren). Rendement WTW normaal verrekend.

f_vv = 0,75
Dit wordt toegewezen in 2 gevallen:
1. Onbalans is in toe- en afvoer of die geheel of gedeeltelijk kunnen dichtvriezen. Het rendement WTW gelijk aan 75%.
2. Indien nog onbekend is welke vorstbeveiliging wordt toegepast bij de WTW.

 

Bent u er nog?

Samengevat is de correctie op het rendement dus ofwel 1 (= geen WTW en bij Elektrische voorverwarmer of Recirculatie). Of 0,75 bij Onbalans of als het onbekend is wat vorstbeveiliging is.

 

Afbeelding  In de warmtewisselaar van de ventilatie-unit wordt de inkomende lucht opgewarmd met de uitgaande binnenlucht (Bron: warmteverliesberekeningen.nl)

 

 

Rekenvoorbeeld

 

We gaan uit van een woning met balansventilatie met de volgende karakteristieken:
Binnentemperatuur is 20 °C
Buitentemperatuur -10 °C
WTW rendement is 80% (0,8)
Ventilatiedebiet is 100 dm³/s

We rekenen het ventilatie warmteverlies uit voor de volgende typen vorstbeveiliging: Onbalans, Elektrische voorverwarmer  of Geen WTW:

Onbalans (aftoeren ventilator)
Door het aftoeren dient te worden gerekend met f_vv = 0,75 d.w.z. 75% van het rendement van de WTW mag worden gerekend.
De toevoertemperatuur wordt:  T_toevoer = fractie * rendement WTW * (T_{binnen/retour}- T_buiten) + T_buiten = 0,75 * 0,8 * (20 - - 10) + - 10 = 8
De correctiefactor voor WTW wordt: f_v = (T_binnen - T_toevoer) / (T_binnen - T_buiten) = (20 - 8) / (20 - - 10) = 12/30 = 0,4
Het ventilatie warmteverlies: ø_v = 1,2 * q_v * f_v * (T_binnen - T_buiten) = 1,2 * 100 * 0,4 * ( 20 - - 10) = 1.440W

 

Elektrische voorverwarmer
Door voorverwarmer dient te worden gerekend met f_vv = 1 d.w.z. 100% van het rendement van de WTW.
Toevoertemperatuur:  T_toevoer = 1 * 0,8 * (20 - - 10) + - 10 = 14
Correctiefactor voor WTW: f_v = (20 - 14) / (20 - - 10) = 6/30 = 0,2
Ventilatie warmteverlies: ø_v = 1,2 * 100 * 0,2 * ( 20 - - 10) = 720W

 

Geen WTW
Correctiefactor voor WTW: f_v = (20 - - 10) / (20 - - 10) = 1. Dat wil zeggen geen correctie.
Ventilatie warmteverlies: ø_v = 1,2 * 100 *1* ( 20 - - 10) = 3.600W

 

Samengevat is het ventilatie warmteverlies 3.600W bij geen WTW. Bij de elektrische voorverwarmer wordt rendement volledig in rekening gebracht (1-0,8) * 3.600 = 720W. Bij de vorstbeveiliging in de vorm van onbalans geldt 75% correctie van het rendement: (1-0,75*0,8)*3.600 = 1.440.

 

 

Praktijkvoorbeeld Vabi

 

Voor een vrijstaande woning hebben we het warmteverlies berekend in Vabi Warmteverlies-software. De resultaten voor verschillende typen vorstbeveiliging staan in de onderstaande tabel.

Het betreft een vrijstaande woning. De berekening is op basis van ISSO 51 (2023) Warmteverliesberekening voor Woningen en Woongebouwen.

Bij Terugtoeren/(tijdelijk onbalans) en Onbekend/geen vorstbeveiliging is het ventilatie warmteverlies (en het totaal warmteverlies) aan elkaar gelijk. Bij Voorverwarming is het ventilatie warmteverlies een stuk lager omdat het volledige rendement van de WTW wordt meegerekend.

Uit dit voorbeeld blijkt duidelijk dat het type vorstbeveiliging een behoorlijke invloed heeft op het warmteverlies in de warmteverliesberekening. Het is dus belangrijk om daar rekening mee te houden

 

Tabel  Warmteverlies (W) voor verschillende typen vorstbeveiliging voor een vrijstaande nieuwbouw woning met balansventilatie met WTW.* (Bron: eigen berekening warmteverliesberekeningen.nl)

_{* Rendement WTW = 92,1%, berekening volgens ISSO 51 2023 met Vabi Warmteverlies.}

 

 

Verschil ISSO 51 (2023) en ISSO 51 (2017)

 

Een onderdeel dat over het hoofd wordt gezien bij de vergelijking tussen de ISSO 51-norm 2023-versie en de 2017-versie is de vorstbeveiliging. De beide normen gaan daar verschillend mee om. De 2023 zal de 2017 norm vervangen, maar in de praktijk worden nog erg veel 2017-berekeningen gemaakt en wordt nog vaak gerefereerd aan ‘verouderde’ rekenregels uit 2017. Dit geldt ook voor het type vorstbeveiliging en de correctie op het rendement van de WTW.

In het voorgaande, gebaseerd op ISSO 51 (2023), hebben we gezien dat het rendement wordt gecorrigeerd met een factor 1 of 0,75.

In ISSO 51 2017 is dit als volgt:

Rendement WTW wordt normaal in rekening gebracht
Dit wordt toegewezen bij de volgende vorstbeveiliging:

1. Toevoerlucht wordt voorverwarmd (= voorverwarmer)
2. Toevoerlucht wordt vermengd met binnenlucht (= recirculatie, geen aftoeren)

Bij 1 is T_toevoer = T_buiten en bij 2 is T_toevoer = T_buiten.

 

Rendement WTW mag niet worden meegerekend (rendement 0!)
Voor de volgende typen vorstbeveiliging:

1. Toevoerventilatoren aftoeren of tijdelijk uitschakelen (= onbalans).
2. (Tijdelijk) afvoerventilatoren optoeren om bevriezing te voorkomen (= onbalans).

Voor beide systemen geldt dat hierdoor een extra deel koude lucht binnenkomt door infiltratie die vervolgens opgewarmd dient te worden tot vertrektemperatuur.

In de oude norm kan het rendement dus gecorrigeerd worden tot 0. Het rendement van de WTW wordt dan in het geheel niet meegerekend. In de nieuwe norm is de correctie maximaal 75%.

 

 

Conclusie

 

Om meerdere redenen is het goed om kritisch te kijken naar de vorstbeveiliging van de WTW. Dat heeft ook te maken met onze gezondheid en het waarborgen van een goed binneklimaat. Het is erg belangrijk dat het binnenklimaat goed blijft, ook bij vorst. Zeker bij balansventilatie. Bij balansventilatie is de enigste aanvoer van verse lucht via de ventilatiebox. Dus wees kritisch of de aangeboden manier van vorstbeveiliging wel bijdraagt aan een goed binnenklimaat. Er zijn gelukkig vele goede systemen.

Een tweede reden, waar we in dit artikel over hebben gesproken, is het rendement van de WTW. WTW schaft u aan om reden van dit rendement. Bij sommige typen vorstbeveiliging loopt het rendement van de WTW terug bij vorst. Dit komt tot uiting in de warmteverliesberekeningen.

Met dit artikel hopen we inzicht te hebben gegeven in de correctie van het rendement afhankelijk van het type vorstbeveiliging in de warmteverliesberekening.

Balansventilatie en duurzaamheid is erg mooi. Maar blijf uw (boeren) verstand gebruiken.