Ontwerpvraag buffer vloerverwarming

[Blihi]

Mijn nieuwbouwwoning is in juni van dit jaar opgeleverd, nog met een gasgestookte CV ketel (Intergas HR XTreme 36, modulatiebereik 4 - 27 kW voor verwarming). De woning is voorzien van vloerverwarming in alle ruimtes en een achttal zonethermostaten verdeeld over twee volledig instelbare verdelers met eigen pomp die gestuurd worden door twee Honeywell HCE20 zoneregelaars. Op dit moment zijn beide verdelers hydraulisch neutraal.

De opgeleverde installatie was in het geheel niet ingeregeld en werkte ook niet, dus ik ben zelf aan de slag gegaan met inregelen daarvan. Dat is gelukt, in zoverre dat alle vloerlussen waterzijdig ingeregeld zijn en de verdeling tussen de verdelers ingeregeld is. Daarnaast meet ik continu de verschillende aanvoer en retourtemperaturen, alsmede het gasverbruik per 5 minuten.

Op zich werkt de verwarming op dit moment prima, de binnentemperatuur blijft mooi constant op de ingestelde waardes. De ketel heeft echter relatief veel branderstarts omdat het gevraagde vermogen vaak minder is dan 4 kW. Daarnaast verandert het debiet continu door het open en dicht sturen van de zones, wat als gevolg heeft dat de temperatuur van het water dat de vloer in gaat niet heel constant is.

Omdat beide verdelers hydraulisch neutraal zijn is het lastig voor de ketel om op de juiste manier de moduleren. De ketel stuurt water van een bepaalde temperatuur uit, maar weet niet of de gevraagd hoeveelheid inderdaad genoeg is. De retourtemperatuur daalt wel, waardoor de ketel op gaat toeren, maar die feedback is relatief traag omdat het om mengverdelers gaat.

Nu zit ik er aan te denken om de installatie te voorzien van een parallelbuffer volgens het schema in de bijlage. De pompen van de verdelers worden dan hydraulisch actief en mengen niet meer bij. De ketel krijgt een (extra) aanvoersensor op de uitgaande leiding van de buffer (hoewel het waarschijnlijk ook mogelijk is de interne sensor te verplaatsen).

Mijn intuïtie is dat op deze manier de watertemperatuur die de vloer in gaat constanter is omdat de feedbacklus korter wordt. Zodra er warmtevraag is wordt water uit de buffer gehaald. De aanvoersensor achter de buffer registreert de temperatuur en de ketel gaat warm water maken. Doordat de flow geregeld wordt door de externe pompen moet de ketel sneller reageren op een eventuele daling van de aanvoertemperatuur als de buffer leeg raakt. De HCE20's kunnen via OpenTherm de aanvoertemperatuur regelen tussen een maximale waarde van 40 graden en het ingestelde minimum (25 graden bijvoorbeeld), maar waarschijnlijk is het beter als die units aan/uit aangesloten worden met een stooklijn tussen 35 graden bij -10 en 20 graden bij 20 graden buitentemperatuur.

Mocht de warmtevraag in de zones kleiner zijn dan de 4 kW die de ketel minimaal levert, wordt de buffer gevuld met water en slaat de ketel af.

De vraag is nu ten eerste of dit zo zou werken zoals ik denk, en ten tweede hoe groot ik die buffer moet maken? Ik zit zelf te denken aan 50 liter, maar als ik dit zou willen voorbereiden voor elektrisch verwarmen, zou een grotere buffer ook nuttig kunnen zijn.

 

[Blihi]

Als aanvulling: Op dit moment is de temperatuur die de vloer in gestuurd wordt in beide mengverdelers gemiddeld zo'n 32 graden (en de delta-T over de vloer zo'n 6 graden). De zones beneden worden 50% van de tijd open gestuurd, de badkamer 75% (die is het lastigst op temperatuur te houden omdat het een relatief klein oppervlak is).

het inschakelen van de oorspronkelijke installateur is zinloos. Deze heeft geen flauw idee wat hij hier heeft aangelegd. Op mijn vraag om de handleidingen toe te sturen kreeg ik handleidingen van andere zoneregelaars en van andere verdelers.

Daarbij was de installatie bij oplevering waterzijdig niet ingeregeld en stond de ketel continu warm water over de bypass te sturen omdat hij weersafhankelijk aangesloten was met continu warmtevraag.

 

[Marcn.88]

Om hoeveel groepen in totaal gaat het? En wat is de langste groep. Ik ga ervan uit dat de slangen 16 mm zijn?
Als de groepen niet te lang zijn en de transportleidingen van voldoende grootte zou je er ook voor kunnen kiezen om de verdelers uit te voeren zonder pomp als zijnde een pomploze ltv verdeler waardoor de ketelpomp de algehele circulatie gaat verzorgen.

 

[Blihi]

Het gaat om in totaal 17 groepen. De langste groep beneden is 100 meter leiding van 16mm, waarbij de verdeler waar die groep op zit ook nog eens op zo'n 9 meter van de ketel hangt. De leidingen naar die verdeler zijn deels uitgevoerd als 22mm staal en in de vloer als Rehau leiding van 25mm buitenmaat.

De verdeler boven heeft 9 groepen. Dit is een SST Supertherm pro verdeler, met een 3/4" aansluiting aan zowel aanvoer als retourzijde. De thermostatische beveiliging heeft een DN20 doorvoer.

De verdeler beneden heeft 8 groepen. Dat is ook een SST Supertherm pro, maar met 1/2" aansluitingen en een DN15 doorvoer.

Als alle zones beneden open staan is er een flow van +/- 20 liter per minuut totaal over all acht de groepen. Boven weet ik dat niet omdat daar zelden alle groepen open staan (de warmtevraag in de slaapkamers is heel weinig).

Stel dat boven dezelfde flow nodig is, heb ik het dus over 40 liter/minuut zijn, oftewel 2,4 m3 per uur. Dat kan de ketel maximaal leveren bij 100% pompsnelheid, als ik de grafiek in de handleiding tenminste goed begrijp.

 

[Blihi]

De reden dat ik naar een buffer keek is ook om voor te bereiden voor een warmtepomp later (nu is dat financieel nog niet interessant, de terugverdientijd is 15 tot 20 jaar). Bij een warmtepomp is een buffer juist altijd aan te bevelen vanwege de geringe delta-T waar dan op gestuurd kan worden.

 

[Marcn.88]

U zult voor een wp sowiesoeen buffer nodig hebben met een externe pomp want uw groepslengtes zijn veel te lang om rechtstreeks gevoed te worden door een wp, deze gaat dan in een flowstoring met zulke lange groepen omdat de ledingweerstand veel te hoog is

 

[Blihi]

Dat begrijp ik. De pompen van de verdelers kunnen deze functie op zich nemen. Vandaar het schema met een parallelbuffer zoals hierboven getekend.

 

[Bernhard]

Om maar even te beginnen. Als het principeschema klopt dan zijn de verdelers zeker niet neutraal.
Een CV-ketel stuurt geen water met een bepaalde temperatuur uit. De CV-watertemp wordt bepaald door de interne- en externe omstandigheden ( de belasting ). Weet die ketel veel?
De regeling van de ketel meet het tempverschil tussen de aanvoer en de retour van de ketel.
Bij een hoog tempverschil tussen aanvoer en retour zal de ketel optoeren met als gevolg pendelen.
Oplossing aanpassing van de verdelers. De zonekleppen zouden niet snel open en dicht moeten gaan.
groet bernhard

 

[Bernhard]

Even gegoogeld de SST-verdelers zijn open verdelers.
Het pendelen van de ketel kan ook worden veroorzaakt door een te lage flow/waterstroming.
bernhard

 

[Blihi]

De sst verdelers zijn nu inderdaad open verdelers die hydraulisch neutraal zijn, maar ze zijn aan te passen naar volledig actief. Daar zit een stelschroef voor in de verdelers.

De XTreme ketel stuurt puur op aanvoertemperatuur en afgegeven vermogen. De retour wordt niet gemeten (er zit geen sensor op de retour).

De retour wordt berekend uit het gasverbruik, pomptoerental en aanvoertemperatuur.

 

[Blihi]

Voor de duidelijkheid, het principeschema is niet de huidige situatie, maar de nieuwe situatie met parallelbuffer. De SST verdelers zijn dan dus volledig hydraulisch actief en niet langer neutraal.

 

[Bernhard]

Dan is de regeling nog steeds op basis van de belasting, het benodigd vermogen van het moment.
De verdelers zouden hydraulisch neutraal aangesloten moeten zijn maar dat is uit het schema niet op te maken. De flow over het primaire gedeelte moet constant zijn. Primaire deel is het circuit van de ketel naar de verdelers en terug naar de ketel. De afsluiters op de verdeler moeten altijd volledig geopend zijn.
Deze afsluiters zijn voor beveiliging bij een te hoge watertemp in de VV.

 

[Blihi]

Volgens mij praten we langs elkaar heen. Momenteel zijn de verdelers hydraulisch neutraal aangesloten. De buffer zit nu niet in het systeem. Dat werkt op zich, maar de zonekleppen die steeds openen en sluiten zorgen voor een continu veranderend gedrag.

De vraag was niet zozeer hoe dit zonder buffer aangsloten moet worden, maar of het principeschema klopt.

Als beide drukgeregelde pompen veel water uit de buffer aanzuigen zal de ketel direct een grote delta-T registreren en dus op gaan toeren. De feedback lus wordt dus veel korter dan in het geval van een normaal systeem, waarbij beide verdelers hydraulisch neutraal zijn. Met als gevolg dat de temperatuur die de vloer in gaat veel constanter is en er dus per zone nauwkeuriger geregeld kan worden. Althans, dat is mijn theorie.

Ik kan hier heel veel over vinden, maar dan in combinatie met warmtepompen, waarbij het gunstig is als de delta-T over de buffer zo klein mogelijk gehouden wordt. Dat is voor een CV ketel echter minder van belang.

De afsluiters hebben we weinig mee te maken, want de aanvoertemperatuur de vloer in moet niet boven de 40 graden komen, dus als die op 45 staan zijn ze altijd volledig geopend. Die beveiligingen zitten er puur op voor het geval dat er iets mis gaat. Bij een stooklijn die maximaal 35 a 40 graden uit de ketel laat komen hoef ik me daar geen zorgen over te maken. (momenteel is het water dat de vloer in gaat nooit warmer dan 35 graden vanwege het bijmengen).

 

[Blihi]

Dan is de regeling nog steeds op basis van de belasting, het benodigd vermogen van het moment.
De verdelers zouden hydraulisch neutraal aangesloten moeten zijn maar dat is uit het schema niet op te maken. De flow over het primaire gedeelte moet constant zijn. Primaire deel is het circuit van de ketel naar de verdelers en terug naar de ketel. De afsluiters op de verdeler moeten altijd volledig geopend zijn.
Deze afsluiters zijn voor beveiliging bij een te hoge watertemp in de VV.

Dat de flow over het primaire deel bij een hydraulisch neutrale verdeler constant moet zijn is toch alleen correct bij een niet nageregelde verdeler? Als je groepen gaat naregelen is de flow over het secundaire circuit namelijk niet constant. Bij constante flow over het primair circuit zou dat dus betekenen dat het opensturen van groepen effect heeft op de mengverhouding en (met een lange vertraging) dus op de retourtemperatuur aan de ketel (met een nog grotere vertraging).

Omdat de zoneregelaars in tijd moduleren (X minuten open, Y minuten dicht) heeft de ketel meestal niet eens in de gaten dat er meer warmtevraag is. De ketel loopt dus altijd achter de feiten aan.

Een parallelbuffer zoals in het schema hierboven lost dat op. De temperatuur die de vloer in gaat is constant. Zodra een zone open stuurt wordt meer afgekoeld water retour gestuurd naar de buffer en daalt de retourtemperatuur aan de ketel vrijwel direct. Die gaat dus sneller reageren om de aanvoertemperatuur, gemeten op het circuit naar de verdelers door de externe sensor, constant te houden.

Of zit ik er nu helemaal naast?

 

[Blihi]

Ik lees hier en daar ook over "open verdelers" of "evenwichtsflessen". Dat is, als ik het goed begrijp, eigenlijk een heel kleine buffer die puur de primaire en secundaire circuits scheidt, toch?

Ook in dat geval zou gelden dat het meten van de temperatuur door de ketel op de uitgang van de verdeler naar de vloer zal moeten gebeuren met een extra aanlegsensor.

 

[Bernhard]

Bij een openverdeler kunnen de pompen in het ketel- en het vloercircuit elkaar niet beinvloeden.
Apart gezegd het water van het ketelcircuit komt niet in het vloercircuit.
Bernhard

 

[Blihi]

Precies, dat doet een parallelbuffer ook, alleen dan met grotere inhoud.

Misschien helpt het als ik het plaatje wat verduidelijk:

Water stroomt CV in het primaire circuit van de ketel naar de buffer en uit de buffer terug de ketel in.

In beide secundaire circuits wordt water uit de buffer de vloer in gepompt.

De vloerverwarming vraagt maximaal 2 m3/uur water van 35 graden (moet ik nog preciezer vaststellen, maar komt overeen met de instellingen op de flowmeters als alle circuits open staan). De ketel moet dus ook maximaal 2 m3 per uur van 35 graden aan de buffer leveren. Dat kan de ketel.

De vloerverwarming vraagt minimaal 180 liter per uur van 35 graden (alleen de badkamergroep, dat is de kleinste). De ketel kan zo weinig water wel verwarmen. Het minimum ligt op 184 liter per uur bij minimale brandercapaciteit volgens de handleiding, maar dan moet de ketel wel 4 kW leveren, terwijl de badkamer maar 0.8 kW op kan stoken. De buffer wordt dus met 3.2 kW opgewarmd, dus de retourtemperatuur aan de ketel stijgt met 1 graad per minuut.

Klopt dit?

 

[Cvolieboy]

Zoals het buffervat tussen de installatie zit aangesloten zal het weinig kunnen bufferen als de kleppen dichtlopen.
En Hydraulisch neutraal blijkt helemaal nergens uit in de tekening, maar ook niet uit het verhaal zoals de installatie stookt? Kleppen om de maximale temperatuur te bewaken is ook niet handig, zet de pomp stil als de temperatuur te hoog oploopt, bij een hydraulisch neutrale verdeler zal het water door de ketel dan gewoon blijven stromen.
En is dit aangelegd door een bedrijf in de situatie zoals de tekening aangeeft?

Vr Gr

 

[Blihi]

Ik snap hoe lastig het is om dit uit te leggen, maar waardeer alle input. De installatie zoals hierboven getekend ligt er nog niet, ik probeer de bestaande installatie te verbeteren, met name voor voor- en naseizoen als de warmtevraag laag is.

De installatie zoals opgeleverd sloeg nergens op. Alle componenten waren uit de doos gehaald, tegen de muur geschroefd en met water gevuld. Alles stond op fabrieksinstellingen, met als gevolg dat in juni en juli zo'n 60 m3 gas verstookt is om de bypass warm te houden. Toen pas kreeg ik in de gaten dat er iets niet klopte. Onderstaand plaatje geeft de installatie bij oplevering weer.

Hier zitten behoorlijk wat ontwerpfouten in en met de installateur valt niet te praten:

• Er wordt volcontinu weersafhankelijk gestookt, ook als er geen warmtevraag is, tot de buitentemperatuur boven de 25 graden komt (met een gasverbruik van 60 m3 in juni/juli tot gevolg)
• De verdelers waren onderling niet waterzijdig ingeregeld, dus de ketel stuurde altijd het grootste deel van het water over de verdeler boven (minimale delta-T aan de ketel)
• De pomp boven draait continu, ook bij gesloten zonekleppen. Dat zorgt voor slijtage.
• De pomp beneden draait continu, ook als er geen warmtevraag is (maar is op zich niet erg)
• De vloerlussen waren onderling niet ingeregeld, flowmeters stonden op fabrieksinstelling.
• De bypass stond op 0,3 bar: Fabrieksinstelling.

Ik ben vervolgens aan de slag gegaan om de installatie te fatsoeneren. Ik heb de zonemotoren vervangen voor 230 volt exemplaren, zodat ze niet heel warm meer worden en beneden ook twee zones gemaakt. Daarnaast is iedere verdeler voorzien van een zoneklep en zijn de zoneregelaars met de ketel verbonden, zodat de ketel alleen stookt als er vraag is in een zone en er dan ook alleen flow is over de betreffende verdeler. De weersafhankelijke regeling is tijdelijk uitgeschakeld.

Daarna zijn beide verdelers onderling en alle vloerlussen waterzijdig ingeregeld. Dus bij maximale warmtevraag is de delta-T over de vloerlussen gelijk (marge: 0.2 graden) en is de delta-T over de verdelers gelijk.

Tot slot zijn de pompen aan de zoneregelaar gekoppeld (gaan alleen aan als er vraag is) en is de bypass verplaatst.

De huidige situatie is dus als volgt (de gele puntjes zijn de temperatuursensoren die ik heb hangen om te meten):

Dit levert een werkende installatie op, met een kanttekening:

De flow over de hydraulisch neutrale verdelers wordt geknepen door de thermostatische ventielen die de vloer in gaan. Als de ingaande temperatuur boven de 35 graden komt, sluiten die zich en kan de ketel zijn druk niet meer kwijt. Vandaar dat de bypass er nog zit.

De ketel levert een bepaalde flow over de verdelers. Als de zonekleppen openen, gaan die verdelers mengen. In eerste instantie sturen ze dus relatief warm, gemengd water de vloer in. De retourtemperatuur naar de ketel daalt, maar het duurt lang voordat de ketel dat ziet. Bijvoorbeeld tussen V1 en de ketel zit een liter of 5 water. Als de ketel op zijn laagste pompstand draait, duurt het 2 minuten voordat de ketel de verlaging van retourtemperatuur ziet en gaat optoeren. Op dat moment is de vloerpomp dus al twee minuten aan het mengen, waardoor de watertemperatuur die de vloer in gaat aan het dalen is.

Het openen en sluiten van zonekleppen heeft direct invloed op de ingaande temperatuur bij de vloer. Die wordt immers gemend met retourwater. Meer geopende zones, betekent meer flow over de vloerlussen en dus een lagere temperatuur (althans totdat de ketel registreert dat de retourtemperatuur gedaald is).

Het gehele regelsysteem is dus relatief traag, maar de zoneregelaars (Honeywell HCE20) regelen in de tijd, dus ze gaan een paar minuten open en dan weer een paar minuten dicht in blokjes van (instelbaar) 15 minuten. Het vergroten van die tijdsblokken is, zeker bij de badkamer, geen goed idee, want dan gaat de vloertemperatuur teveel fluctueren.

Mijn doel is dus om het hele systeem directer te laten regelen. Zodra er een zone open stuurt moet dat vrijwel direct door de ketel opgemerkt worden en de ketel moet dan gaan optoeren.

Een manier om dat te doen is, als ik het goed begrijp, met een evenwichtsfles of een kleine parallelbuffer. Die buffer hoeft dus per se heel veel warmte op te slaan (de ketel heeft een behoorlijk modulatiebereik en kan veel meer vermogen leveren dan het afgiftesysteem kan afgeven), maar zorgt voor een meer directe en constante regeling. In principe stuurt de ketel al het geproduceerde water door het afgiftesysteem (ervan uitgaande dat het ingestelde maximale vermogen en de flow van de ketel kloppen met het afgiftesysteem). De flow van de ketel moet dus niet meer moduleren (de ketel levert altijd een bepaalde flow), alleen de brander moduleert op Ta, waarbij dat niet de Ta in de ketel zelf is, maar de Ta richting het afgiftesysteem.

De ondergrens van de modulatie is 4 kW (volgens het boekje). De kleinste zone (badkamer) kan 0.8 tot 1 kW afgeven (afhankelijk van de temperatuur). Dus in het ergste geval moet de ketel 3.2 kW warmte tijdelijk afgeven aan de buffer. Een buffer van 50 liter wordt dan ongeveer 1 graad per minuut opgewarmd (grofweg). Als de delta-T over de vloer een graad of 6 is, zal de buffer dus in ongeveer 6 minuten vol warm water zitten en de ketel dus uitschakelen. Na de anti-pendel tijd gaat deze eventueel weer aan. Hoe groter de buffer, hoe langer deze tijden natuurlijk zijn.

Bij een parallelbuffer wordt vaak een externe opvoerpomp voorzien, maar volgens mij heb ik die niet nodig, want de toegepaste verdelers zijn volledig instelbaar en door middel van een mengschroef aan te passen van hydraulisch neutraal (zoals nu) naar hydraulisch 100% actief (geen menging) en alles daar tussenin. Dit heb ik al getest door met draaiende pomp en gesloten zoneklep de mengschroef dicht te draaien. De flow over de flowmeters gaat dan naar 0, want de zoneklep zit dicht. Als die mengschroef dicht staat is de verdeler dus hydraulisch 100% actief.

Ik hoop dat het zo een beetje duidelijk is? Zie ik iets over het hoofd, zit ik er helemaal naast?

 

[Blihi]

Ter aanvulling: Deze grafieken en tabellen komen uit de handleiding van de ketel (blauwe opmerkingen zijn van mij).

De standaardinstellingen (af fabriek) zijn dus zodanig dat de ketel met een delta-T van 30 graden aan de ketel stookt.

Omdat de vloerverwarming een veel kleinere delta-T over de vloer heeft, zijn mengverdelers toegepast, die mengen het water terug naar een vaste temperatuur (vast ingesteld met de thermostaatknop) en daarmee regelt het systeem dus op flow bij de ketel. In veel gevallen wordt de minimale flow niet gehaald (voorbeeld: alleen badkamer warmtevraag geeft 180 liter per uur aan 35 graden, dus maar 80 liter per uur bij Ta=55 graden. Dat is niet genoeg voor de modulatie-ondergrens) en dus gaat de ketel pendelen.

Maak ik de verdelers actief en stel ik de ketel in op 35 aanvoer (en 29 retour uit de vloer), dan is de minimale flow bij 25% ongeveer 940 liter/uur en het maximale vermogen 11 kW als de pomp op 100% water over de buffer pompt (Lijn C bij 100% is ongeveer 1700 liter/uur, maar de weerstand over de buffer is natuurlijk erg laag).

Dus om deze ketel op 35/29 te laten stoken met een kleine parallelbuffer, moet P10 op 45% (+/- 11 kW), moet P32 op 100% (maximale pompsnelheid bij 11 kW) en P31 op 50% (minimaal 960 l/uur flow bij ondergrens modulatie).

Maar opnieuw de vraag: Lees ik dit nu goed, of zit ik er helemaal naast?