Warmtevraag en Vermogensberekening
Hier rekenen we de isolatie van de woningen uit, wat dat betekent voor het benodigde vermogen voor een warmtepomp en hoeveel invloed isoleren heeft. Als we ongeveer 1/3 minder warmte verliezen komen we al toe met een warmtepomp van 25 kW, meer isoleren is meer wooncomfort.
De warmtevraag van een woning dient om verloren warmte aan te vullen. Isolatie verlaagt de warmtevraag doordat het minder warmte verloren doet gaan. Maar ook lagere temperaturen verlagen de verliezen over de warmteweerstand naar buiten, en zo verlagen ook die de warmtevraag.
Huidige warmtevraag
Op de jaarafrekeningen van de stadsverwarming staan genoeg gegevens om het gemiddelde warmte verbruikt per hobbykamerwoning te bepalen.
Los daarvan kunnen we bij het KNMI opvragen welke buitentemperaturen we hebben gehad, daarmee bepalen wanneer mensen ongeveer warmte gaan afnemen en hoeveel warmte dan nodig is om een prettige kamertemperatuur te behouden. Daarmee berekenen we een "stookprikkel" in een SI-eenheid van giga-graad-seconde (GKs).
Delen we die waardes door elkaar, dan valt de giga weg, en J=Ws, dus GJ/GKs = GWs/GKs = W/K, een maat voor warmtevraag per graad temperatuursverschil tussen binnen en buiten.
| Jaar | Gem. warmte | Stookprikkel | Warmtevraag |
|---|---|---|---|
| 2024 | 22.336 GJ | 0.20660 GKs | 108.11 W/K |
| 2023 | 26.654 GJ | 0.21948 GKs | 121.44 W/K |
| 2022 | ?? GJ | 0.21024 GKs | ?? W/K |
| 2021 | 31.780 GJ | 0.25480 GKs | 124.72 W/K |
| 2020 | 27.738 GJ | 0.20977 GKs | 151.30 W/K |
| 2019 | 28.960 GJ | 0.23595 GKs | 122.74 W/K |
| 2018 | 29.410 GJ | 0.23460 GKs | 124.83 W/K |
| 2017 | 29.061 GJ | 0.24144 GKs | 120.51 W/K |
| 2016 | 30.751 GJ | 0.26834 GKs | 114.60 W/K |
| 2015 | 29.437 GJ | 0.23340 GKs | 126.12 W/K |
Voorbeeldberekening 2015:
- 24690 GJ kost EUR 461942.42
- de 35% vast aandeel kost EUR 161679.85
- aandeel per woning is 8570 dm² uit 7399049 dm²
- dit geeft EUR 191.20 per woning voor 35% van de energie
- vooral belangrijk is dat dit aandeel ook geldt voor de 35% GJ
- die verhouding toepassend voor 100% geeft 29.437 GJ (Gem.warmte in de tabel)
Stookprikkels:
- Berekend met KNMI-data, met dit script
- Kamertemperatuur van 20 ⁰C aangenomen, maar de zon verwarmt ook, stoken aangenomen bij buitentemperatuur onder 11 ⁰C (dat valt doorgaans in oktober, als mensen vaak beginnen te stoken)
- Op deze dagen het gemiddelde temperatuurverschil met kamertemperatuur 20 ⁰C opgeteld, dat verschil staat over de isolatie en bepaalt de verliezen
- KNMI-data leveren 233400960 graden-seconden aan voor 2015
- Omgerekend naar SI-eenheden "giga-kelvin-seconden" is dat of 0.23340 GKs (Stookprikkel in de tabel)
Warmtevraag:
- Deel GJ ofwel GWs door GKs en vind een antwoord in W/K
- Dit is lekker simpel door het gebruik van SI-eenheden
Rekening 2022:
- Deze was te warrig om te begrijpen, door de ingehackte compensatie voor extreme gasprijzen, het jaar werd qua kosten opgespslitst.
Transportverliezen
De warmtevraag is inclusief transport in het netwerk. Vermoedelijk is in 2024 de backbone vervangen. Over de jaren voor 2024 kun je met een gnuplot script een rechtlijnig verband in de uitkomsten fitten:
De cirkels zijn de tabelwaardes van hierboven. De lijn is de dichtste lineaire benadering daarvan. Ook zonder stookprikkel is er nog altijd een transportvraag 11.612 GJ gemiddeld per huishouden, en dat is ongeveer 35% zoals berekend, dus dat kunnen we van de gemiddelde warmtevraag aftrekken om te bepalen wat het huis aan warmte verliest. De stijging bepaalt verder het warmtevraag 74 W/K in plaats van ongeveeer 120 W/K. Let wel, de onzekerheid zo ver van de punten af is vrij groot, alsof de lijn een wiebelende staaf is die met rubbers aan de cirkels hangt, maar dit zijn de gemiddelden waaromheen de lijn wiebelt.
Persoonlijk verbruik. Als bovenstaande klopt, dan is de 65% van de verdeelde energie dus de maat voor je tellerstanden. De totale energierekening in 2024 was bijvoorbeeld 24690 GJ, en 65% daarvan is 16049 GJ. Dat is voor totaal 2472165 radiatorteller-tikken, dus 1 tik is 0,00649 GJ = 6,49 MJ = 1,8 kWh. Als we een SCOP van 5 halen vertaalt dat in 1,8 kWh/5 = 0,36 kWh.
Je kunt het totale aantal radiatorteller-tikken op je eigen rekening voor 2024 vinden, rechtsonder bij kopje 2 (overzicht meterstanden). Vermenigvuldig dat met 0,00649 GJ om je verbruik te vinden, of met 0,36 kWh om te vinden hoeveel kWh een warmtepomp je zou kosten. Verder kun je je individuele warmtevraag in W/K uitrekenen door het aantal GJ te delen door de stookprikkel, voor 2024 moet je dus delen door 0.20660.
Maar: Vermoedelijk is de backbone in 2024 veranderd, en klopt het niet meer dat 35% de transportkosten nog dekken. Als jouw situatie in 2023 vergelijkbaar was kun je deze berekening beter over 2023 doen. Alle getallen zijn dezelfde, behalve de stookprikkel, die was 0.21948 in 2023.
Constructieweerstand
De warmteweerstand Rc van een constructie als geheel bereken je door oppervlaktes te delen door de warmtevraag.
De totale oppervlaktes van een blok van 11 zijn ongeveer:
| Bouwdeel | Afmetingen | Oppervlakte |
|---|---|---|
| Dak | 50x11 | 550.0 m² |
| Voor/achter | 4.5x7.5x2x11 | 742.5 m² |
| Zijkant | 11x7.5x2 | 82.5 m² |
| Bodem | 50x10 | 500.0 m² |
| Oversteek | 50x0.5x2 | 50.0 m² |
| Totaal | (blok van 11) | 1250.0 m² |
| Per woning | (gemiddeld) | 113.6 m² |
| Zonder bodem | (blok van 11) | 750.0 m² |
| Per woning | (gemiddeld) | 68.2 m² |
Als we uitgaan van 120 W/K dan heeft de woning als gemiddelde warmteweerstand Rc = 0.95 m²K/W. Dat is voor een hobbykamerwoning op stadsverwarming, waarbij het transport meegerekend moet worden als onderdeel van de warmtelekkage. Dit komt neer op energieklassse E.
Als we uitgaan van 74 W/K dan heeft de woning als gemiddelde warmteweerstand Rc = 1.54 m²K/W, of energieklasse C (en al half op weg naar B). Dat is voor een hobbykamerwoning die geen warmte lekt voor transport, omdat de temperatuur laag is, en de afstanden kort; er is dus minder "buitenkant" waaruit warmte lekt, en dat wat er is zouden we beter gaan isoleren dan het 50 jaar niet-onderhouden netwerk van nu.
Hieronder kijken we naar de streefwaarde, die neerkomt of 55 W/K en dat levert Rv = 2.1 m²K/W op. Daarmee zitten we op energieklasse A.
Streefwaarden Isolatie
Dit is het (naar oppervlakte gewogen) gemiddelde van de buitenkant van het blok of van de woning. Streefwaarden voor Rc liggen veel hoger:
| Bouwdeel | Streefwaarde Rc | Blok van 11 |
|---|---|---|
| Dak | 8.0 m²K/W | 8.0/550 K/W |
| Vloer | 3.5 m²K/W | 3.5/500 K/W |
| Gevel | 6.0 m²K/W | 6.0/454 K/W |
| Paneel (?) | 0.7 m²K/W | ?? |
| Raam/Kozijn | 1.0 m²K/W | 1.0/289 K/W |
| Voordeur | 1.4 m²K/W | 1.4/035 K/W |
Je kunt niet zomaar K/W optellen, dat betekent niets in termen van natuurkundige werkelijkheid. Wel kun je W/K optellen. Eerst inverteren dus, en dan optellen, 550/8.0 + 500/3.5 + ... en dan vind het een streefwaarde voor warmtelekken van 601 W/K per blok van 11. Per woning is de streefwaarde 55 W/K voor de warmtelekken als gevolg van verschillen tussen binnen- en buitentemperatuur.
Bij de "binnenkant" van de woning moet je alles meerekenen dat warmte lekt die bestemd is voor de woning, en in de oude situatie moet je dus meerekenen dat er een warmtenet ligt, dat veel warmte doet weglekken, maar daarvan verhult Ennatuurlijk de waarden, doordat ze de radiatorstook niet op wettige methode meten, hoewel de Warmtewet dat wel van ze verlangt. Enfin, dat lost het fitten met een lijn hierboven op.
Met de warmtelek van 120 W/K zitten we bij lange na niet in de omgeving die nodig is voor een stabiele toekomst. Ook markt-gestabiliseerde energieprijzen en compenserende subsidies zullen zich niet bezig willen houden met woningen die zo ver achter de feiten aan lopen. Nietsdoen is een recept voor energie-armoede, en er is nu tenminste steun om bij verbetering, maar dat moeten we wel willen oppakken!
Met warmtelekkages ter hoogte van 75 W/K zitten we al veel dichter bij de streefwaarde van 55 W/K; we moeten nog 27% minder warmte verliezen. In de oude situatie was dat 55% dat we minder moesten verliezen; de lekkage onderweg kun je niet goed veranderen, dus de aanpassingen moet je dan binnenshuis doen. Transport van warmte is in de zin van het halen van klimaatdoelen de achilleshiel van warmtenetten.
Iets preciezer kan het zijn om tussen- en hoekwoningen apart uit te rekenen, mikkend op hetzelfde gemiddelde als hierboven. Een tussenwoning komt dan uit op een lagere streefwaarde en een hoekwoning. Dit vertaalt naar een wat hoger vermogen dat voor een hoekwoning berekend moet worden dan voor een tussenwoning (want het warmteverlies is hoger).
Andere rekenwijze. Een andere manier van rekenen is door het buitenoppervlak Als=68 m² (daken en wanden, voor het blok gemiddeld), terwijl het woonoppervlak Ag=50 m² is. Dus hebben we Als/Ag = 1.36 in onze woningen. Volgens de tabel energievraag naar woningtype is de nagestreefde warmtevraag 43+40x1.36 = 97.5 kWh/m²/jaar. Op 50 m² wordt dat 4877 kWh/jaar = 17.558 GJ/jaar.
Dat getal in GJ/jaar=GWs/jaar kunnen we delen door (ongeveer) 0.22 GKs/jaar en dan vinden we 80 W/K als toekomstvoorbereide warmtelekkage. Het is een iets andere uitkomst, ook door de ruwe benadering van 0.22 GKs/jaar, maar het is vergelijkbaar. We gaan hieronder uitf van de logica van 74 W/K.
Zeer koude dagen
Koudeberekeningen gaan in principe uit van minimumtemperaturen van -10 ⁰C als extreem. Het kan zijn dat we dat binnenkort vervangen door 7 ⁰C, omdat de temperaturen stijgen. Zoals hieronder duidelijk wordt is zelfs -5 ⁰C al een zeldzaamheid. Ontwerpdoel is om het in huis woonbaar te houden bij -10 ⁰C, zonder ons te laten voeren door paniek die het hoogst mogelijke (en erg dure) vermogen te kiezen. Ook omdat goed geïsoleerde woningen minder tochten, dus behaaglijker voelen en minder warm gestookt worden.
Het ontwerp hieronder gaat uit van een temperatuurverschil van 27 ⁰C tussen binnen en buiten. Als het dan buiten -10 ⁰C wordt, dan is 17 ⁰C als binnentemperatuur vol te houden.
Hoe vaak dipt de gemiddelde dagtemperatuur onder -5 ⁰C?
| Jaar | Dagen < -5 ⁰C |
|---|---|
| 2024 | 0 |
| 2023 | 0 |
| 2022 | 1 |
| 2021 | 5 |
| 2020 | 0 |
| 2019 | 1 |
| 2018 | 4 |
| 2017 | 0 |
| 2016 | 0 |
| 2015 | 0 |
| 2014 | 0 |
Dit komt duidelijk minder voor dan vroeger, want de temperaturen stijgen immers, maar wat hiervoor vooral belangrijk is, de minimumtemperaturen stijgen ook. Oudere gegevens van het KNMI over dagen onder -5 ⁰C laten dat ook zien:
| Jaar | Dagen < -5 ⁰C |
|---|---|
| 1962 | 6 |
| 1961 | 10 |
| 1960 | 3 |
| 1959 | 0 |
| 1958 | 0 |
| 1957 | 1 |
| 1956 | 21 |
| 1955 | 2 |
| 1954 | 15 |
| 1953 | 2 |
| 1952 | 1 |
Het lijkt dus realistisch om te mikken op 20 ⁰C kamertemperatuur bij -5 ⁰C, en eventueel op de koop toe te nemen dat het binnen een paar ⁰C minder warm wordt onder die temperatuur. De investering wordt een stuk hoger als we theoretische lagere temperaturen willen afdekken, en dat lijkt verspild.
Het is daarbij goed te snappen over hoe geleidelijk de overlast is als het buiten extreem koud wordt, zoals -10 ⁰C, om te beseffen dat we daar amper op hoeven te plannen; de binnentemperatuur zakt dan naar ongeveer 15 ⁰C, het vriest nog lange niet, maar je zult je binnen warmer kleden dan normaal. Bovendien is het zo dat de lucht vaak helder is met zulke kou, want hij bevat amper vocht. Dat levert een heldere zon die ook warmte toevoegt (hier niet meegerekend). Het is dan ook een extreem koude buitentemperatuur die eigenlijk nooit voorkomt in Nederland. Als dat wel zou gebeuren dan zouden we een tweede warmtepomp moeten toeveogen. We kunnen ons afvragen hoeveel geld we willen uitgeven voor zo'n extreem geval, zonder grens ook want zodra iemand rekent aan -30 ⁰C schrik je ook. Het is totaal zinloos, want dit is nog minder waarschijnlijk. Blijf dus rekenen, liever dan proberen aan te voelen of zorgen te maken over onwaarschijnlijke situaties.
Vermogensberekening warmtepomp
De laagste temperatuur bepaalt het benodigde vermogen op dat moment, samen met ongeveer 120 W/K of 74 W/K.
| Jaar | Minimum | Vermogen nu | Streefvermogen |
|---|---|---|---|
| 2024 | -4.4 ⁰C | 2928 W | 1952 W |
| 2023 | -2.4 ⁰C | 2688 W | 1792 W |
| 2022 | -5.6 ⁰C | 3072 W | 2048 W |
| 2021 | -7.2 ⁰C | 3264 W | 2208 W |
| 2020 | -1.6 ⁰C | 2592 W | 1728 W |
| 2019 | -5.2 ⁰C | 3024 W | 2016 W |
| 2018 | -8.1 ⁰C | 3372 W | 2248 W |
| 2017 | -4.9 ⁰C | 2988 W | 1992 W |
| 2016 | -4.1 ⁰C | 2892 W | 1928 W |
| 2015 | -1.5 ⁰C | 2580 W | 1720 W |
Hierboven is al uitgelegd dat -5 ⁰C een redelijke norm is, het wordt niet vaak kouder en dan zijn er andere dingen dien helpen (de zon!). Als je die niet meerekent dan heb je bij -7.2 en -8.1 ⁰C ongeveer 2,2 kW nodig, dat raakt aan het plan dat er nu ligt, dus dat lijkt goed te gaan. Overigens niet met de waardes van nu, maar wel als 1/3 van het verlies met isolatie gedekt is.
We hebben een berekening gemaakt voor 22,2 kW bij 320 meter diepteboring. Dat levert per woning 2,02 kW en dat is de orde van grootte van bovenstaande wenselijke waarden, het kan de kamertemperatuur maar 17 ⁰C boven de buitentemperatuur houden als je uitgaat van 120 W/K, maar zonder transportverliezen is dat niet juist; je blijft 27 ⁰C boven buiten als je uitgaat van 74 W/K. Wie het dus bij buitentemperaturen van -5 ⁰C niet goed warm kan krijgen in huis, die weet dus dat het de isolatie is die faalt, niet het warmtenet. We kunnen iets hoger mikken als we willen, maar verder dan 25 kW voor 30.7 ⁰C verschil tussen binnen en buiten hoeven we niet te gaan; dan is het bij -10 ⁰C buiten altijd nog mogelijk 18,4 ⁰C binnen te bieden. Sowieso zijn de temperaturen de daggemiddelden, dus nacht en overdag, en -5 ⁰C is voor zo'n temperatuur al zeer koud en komt amper nog voor, en ook steeds minder.
De mensen met de beste isolatie beschermen zich het beste tegen een koele woning bij vorst. Isolatie werkt gunstig voor al deze dingen. Het verlaagt het benodigde vermogen voor de warmtepomp; het verbetert de mogelijkheid warmte in de woning vast te houden, ook bij extreme koude. Algemeen zorgt het voor een meer gelijkmatige en dus aangenamere verspreiding van warmte in de woning. Het lijkt redelijk een goede isolate te vragen van iedereen die meedoet met dit systeem. Vroeg of laat moet het toch, en nu is er veel subsidie voor. Wie dit niet wil kan prima het aanbod van Ennatuurlijk accepteren en zich schrap zitten voor stijgende energieprijzen. En toenemende problemen met het koel houden van de woning.