Wat is een warmteverlies berekening

Met een warmteverliesberekening bepaal je het te installeren verwarming- of installatievermogen volgens de gestelde eisen. Is het buiten koud, dan is er voldoende capaciteit om het gebouw comfortabel warm te houden.

Een warmteverliesberekening wordt ook wel transmissieberekening genoemd. Met de warmteverliesberekening bepaalde je dus de hoeveelheid warmte die het gebouw verlaat. Deze hoeveelheid warmte dient geproduceerd te kunnen worden door de warmteopwekker. Een nieuw gebouw met goede isolatie zal een laag warmteverlies hebben en een ouder gebouw een hoger warmteverlies.

Warmteverliesberekening is een genormeerde berekening 

Op europees nivo is de berekening beschreven en vastgelegd in de NEN-norm: NEN-EN 12831. De NEN-EN 12831 is verder uitgewerkt in 3 publicaties van het ISSO (https://isso.nl). Dit zijn de ISSO-publicaties 51, 53 en 57. Ze beschrijven de warmteverliesberekening respectievelijk voor Woningen en woongebouwen (ISSO-publicatie 51), Utiliteitsgebouwen met vertrekhoogten tot 4 meter (ISSO-publicatie 53) en Gebouwen met hoge ruimten (ISSO-publicatie 57).
De publicaties bevatten alle benodigde formules en de te hanteren basisgegevens. Het werken met al deze formules wordt in de praktijk nogal omvangrijk. Daarom is een warmteverliesberekening eigenlijk alleen nauwkeurig te maken met gespecialiseerde software.

Historie en ontwikkeling bouwmethodiek

De eerste versie van de warmteverliesberekening werd uitgegeven in 1992. Omdat de huizen en gebouwen over het algemeen minder goed waren geïsoleerd en minder luchtdicht werden veiligheidsmarges ingebouwd. Vaak was er dan ook sprake van overdimensionering. In de jaren daarna werden in het bouwbesluit hogere eisen opgenomen voor isolatiegraad en luchtdichtheid. De temperatuur in de ruimte daalt veel minder snel. Ook door de opkomst van lage temperatuurverwarming (LTV) en warmtepompen is uiteindelijk de warmteverliesberekening aangepast. In 2017 is de nieuwe versie verschenen.

Waaruit bestaat een warmteverliesberekening?

Warmteverlies uit een gebouw onstaat op de volgende manieren:

1. Transmissie
2. Buitenluchttoetreding (ventilatie en infiltratie)
3. Opwarmtoeslag

Transmissiewarmteverlies

"Het vermogen dat, vanuit het vertrek gezien, moet worden toegevoerd om het warmteverlies door een raam, wand, vloer of plafond te compenseren."

Warmte stroomt van warm naar koud. De warmte in het vertrek stroomt van binnen naar buiten en leidt tot warmteverlies. Om een comfortabel binnenklimaat te behouden zal deze warmte natuurlijk toegevoegd moeten worden.

Het stromen van warmte van binnen naar buiten, het warmtetransport, vindt plaats door geleiding, stroming en straling. Al deze processen vinden gelijktijdig plaats in ruimten en constructies. In de berekeningen ligt de nadruk op het warmtetransport door geleiding.

Warmtetransport door geleiding
De hoeveelheid warmte die door een muur heen "verdwijnt" wordt uitgedrukt met de warmtestroomdichtheid q_cd. Deze hoeveelheid warmte is afhankelijk van de volgende factoren:

• Het temperatuurverschil: hoe groter het temperatuurverschil, hoe groter is het warmtetransport (dus hoe kouder het buiten is des te meer warmte gaat er door een constructie);
• De dikte van het materiaal: een “dikker” materiaal houdt de warmte beter tegen dan een dun materiaal;
• De materiaal eigenschappen: een isolatiemateriaal houdt warmte “beter tegen” dan bijvoorbeeld metselwerk. Isolatiemateriaal, zoals glaswol, heeft dus minder warmtegeleiding dan metselwerk.

Voor het uitrekenen van het warmtetransport (warmtestroomdichtheid) geldt de volgende formule:

q_cd = (λ / d * ΔT) [ W/m² ]

q = de warmtestroomdichtheid in W/m² (cd = conduction).
d = de dikte van de constructie in m.
λ = de warmtegeleidingscoëfficiënt in W/mK.
ΔT = het temperatuurverschil over de beschouwde constructie in ℃.

(Bron: Praktische Bouwfysica, ir. J.S. Bosch)

De in de formule weergegeven materiaalafhankelijke factor λ/d noemen we de warmtedoorgangscoëfficiënt, ook bekend als de U‐waarde. De reciproke (=omgekeerde waarde) van de warmtedoorgangscoëfficiënt is warmteweerstand d/λ. (R-waarde).

Voor het maken van een warmteverliesberekening is het daarom erg belangrijk dat gegevens van de constructies en gebruikte materialen bekend zijn. Bijvoorbeeld van een buitenmuur: metselwerk - spouw - isolatiemateriaal. Wat zijn de gebruikte materialen (λ en dikte of R-waarde). Deze informatie kan vaak worden gehaald uit specificatiebladen van de gebruikte materialen. Ook is er al vaak een warmteweerstand van de gehele constructie in een eerder stadium uitgerekend (R_c -waarde).

Warmteweerstand (R_c)
In het bouwbesluit staan eisen opgenomen waaraan nieuwbouw moet voldoen voor wat betreft de thermische kwaliteit van constructies. Deze eisen zijn uitgedrukt in warmteweerstand R_c. De "c" staat voor construction. In het bouwbesluit staan de volgende eisen: 4,5 m²K/W voor verticale uitwendige scheidingsconstructies van een verblijfsgebied, een toiletruimte of een badruimte,  6,0 m²K/W voor dakconstructies en 3,5 m²K/W voor de begane grondvloer boven de kruipruimte.

Dit zijn de minimale eisen waaraan voldaan moet worden. Worden er hogere waarden voor de warmteweerstand gerealiseerd, dan betekent dit dat de wand, vloer of dak beter is geïsoleerd en dus minder warmteverlies. Het bepalen van de warmteweerstand R_c conform het bouwbesluit heeft een geheel eigen berekeningsmethode (NEN 1068). 

Bij het bepalen van het warmteverlies van een gebouw maken we gebruik van de totale warmteweerstand:

R_T = R_si + SOM(R_m;i) + R_se [ (m² K)/W ]

R_T = de totale warmteweerstand van een constructie uitgedrukt in m² K/W.
R_si = de warmteovergangsweerstand aan de binnenzijde van de constructie (s = "surface" en i = "inside").
R_m;i = de (som van) warmteweerstand van de materiaallagen (inclusief luchtspouw) in m² K/W.
R_se = de warmteovergangsweerstand aan de buitenzijde van de constructie (e = "external").

De warmteovergangsweerstanden hebben betrekking op straling en convectie. Direct aan de binnenzijde en direct aan de buitenzijde vinden deze warmtetransport mechanismen plaats. In de berekening worden genormeerde waarde hieraan toegekend.

Warmtegeleidingscoëfficiënt λ
De warmtegeleidingscoëfficiënt λ_calc van een materiaal wordt bepaald in een laboratorium. De eigenschappen van het materiaal bepalen de waarde. Als bijvoorbeeld een materiaal heel poreus is, er zit veel lucht "opgesloten", dan zal het beter isoleren. Dit materiaal heeft dan een lage λ-waarde.
De juiste waarde voor een warmtegeleidingscoëfficiënt kunnen het beste worden gehaald uit KOMO-attesten en NEN normen (bijvoorbeeld NEN 1068). Op veel plaatsen (internet en tabellenboeken) staan vaak onjuiste waarden.

Het temperatuurverschil
In de ISSO publicaties staan ontwerptemperaturen aangegeven. De ontwerpbuitentemperatuur is vastgesteld op -10 ℃. Ook voor alle type ruimten is een ontwerpbinnentemperatuur vastgesteld. Voor een verblijfsgebied, zoals bijvoorbeeld een woonkamer, is dit 20 ℃. Voor een verkeersruimte en toiletruimte 18 ℃ en voor een badruimte 22 ℃.

Wellicht in overvloed. Bij een genormeerde warmteverliesberekening volgens de ISSO-publicaties 51, 53 en 57 zijn de ontwerptemperaturen dus voorgeschreven. Uiteraard kunnen ook afwijkende temperaturen in varianten worden gehanteerd.

Ventilatie warmteverlies

Door het ventileren van ruimten wordt er energie (warmte) toe- en afgevoerd. In de winter zal er koude lucht van buiten naar binnen stromen en gelijktijdig zal er warme lucht naar buiten stromen.

In de warmteverliesberekening wordt uitgegaan van de ventilatie-eisen per vertrek en waarbij ervoor gezorgd wordt dat er op gebouwniveau evenveel lucht wordt toe- als afgevoerd. 

Infiltratie warmteverlies

Infiltratie is de buitenluchttoetreding door naden en kieren. De mate van luchtdichtheid van gebouwen is in de loop der jaren toegenomen doordat eisen zijn opgenomen in het bouwbesluit en BENG.

De luchtdoorlatendheid van een gebouw wordt uitgedrukt in de qv10-waarde:

qv10-waarde = luchtvolumestroom die ontstaat via de kieren en naden tussen de verschillende bouwdelen in de omhulling van een gebouw bij een drukverschil van 10 Pascal.
[ dm3/s]

Op basis van deze qv-10 waarde kunnen gebouwen worden ingedeeld in klassen volgens NEN 2687:1989.
Klasse 1 Basis qv;10 > 0,6 dm3/s.m2
Voldoet aan het Bouwbesluit geen bijzondere eisen
Klasse 2 Goed qv;10 tussen 0,3 en 0,6 dm3/s.m2
Energiezuinig bouwen
Klasse 3 Uitstekend qv;10 < 0,15 dm3/s.m2
Passief bouwen of andere vormen van zeer energiezuinig bouwen

In de genormeerde warmteverliesberekening wordt een qv10 waarde opgeven waarmee het warmteverlies wordt bepaald.

Opwarmtoeslag

In situaties waarin nachtverlaging (bedrijfsbeperking) wordt toegepast wordt daar in warmteverliesberekening rekening mee gehouden. Bij nachtverlaging is er een opwarmtijd nodig. Dit is de tijd vanaf het moment van inschakelen van de installatie totdat de temperatuur weer gelijk is aan de dagperiode (PMV = "Predicted Mean Vote" van -0,5, dit is de gemiddelde voorspelde van het binnenklimaat).

Wat kan ik met de resultaten uit een warmteverliesberekening?

Met een warmteverliesberekening worden in ieder geval de volgende uitkomsten gerealiseerd:

1. Bepalen van het per vertrek te installeren vermogen;
2. Bepalen van het vermogen van de warmteopwekker (ketel, warmtepomp, etc.) c.q. het aandeel in de collectieve warmteopwekker

Het totale per vertrek te installeren vermogen bestaat dus uit het transmissiewarmteverlies, het warmteverlies ten gevolge van buitenluchttoetreding en in een aantal gevallen een opwarmtoeslag. Bij het bepalen van het vermogen van de warmteopwekker wordt onderscheid gemaakt in het bepalen van de bijdrage van een woning of woongebouw aan 
een collectieve installatie en het bepalen van de voor de woning/woongebouw optredende maximale warmtevraag (Bron: ISSO-publicatie 51).

Naast deze twee hoofdgroepen van resultaten, het totaal vermogen en het vermogen per ruimte, kunnen vaak ook veel andere resultaten en gegevens worden verkregen. Een warmteverliesberekening (of een gebouwsimulatie) kan ook ingezet worden om te achterhalen wat effecten zijn van bepaalde maatregelen. Wat is bijvoorbeeld de invloed van de toepassing van een ander isolatiemateriaal. Wat betekent dat voor mijn warmteverlies? Moet ik extra isoleren? Er kunnen meerdere varianten uitgerekend en vergeleken worden.

Een warmteverliesberekening is vaak noodzakelijk en soms verplicht

De uitkomsten van een warmteverliesberekening zijn essentieel bij de aanleg van technische installaties in gebouwen en bij het ontwerp van gebouwen. Soms is er een verplichting tot het maken van een warmteverliesberekening. Twee voorbeelden daarvan zijn:

• Een warmteverliesberekening is verplicht voor een Woningborg-certificaat.
• Een warmteverliesberekening is verplicht voor een bodemwarmtepomp met bronboring.

Per 1 oktober 2014 is voor de aanleg van een bodemenergiesysteem een wettelijke certificering van kracht.  Bodemwarmtesystemen vallen onder verplichte certificering volgens BRL6000-21/00. Een onderdeel daarvan is een warmteverliesberekening.

We hopen u met dit artikel enige belangrijke achtergrond informatie over de warmteverliesberekening te hebben gegeven.