zaterdag 7 januari 2017

Low -tech, -space, -cost, high comfort warmwater.

Wat is het probleem?

In een zeer goed geïsoleerd huis hoeft de verwarming bijna niets meer te doen. Je hebt grofweg genoeg aan één tiende van wat gangbaar is (of was). Maar een kleinere verwarmingsinstallatie heeft een te laag piek-vermogen voor warm water. Voor een douche moet je flink wat vermogen hebben om het water snel te kunnen verwarmen.

Dan maar een vat met warm water?

Om dit probleem te ondervangen zijn vrijwel alle moderne verwarmingsinstallaties voorzien van een groot vat warm water, van bijvoorbeeld 500 liter. Daarin wordt warm water op voorraad gehouden en als je de wamwaterkraan open draait komt er warm water uit dit vat. En als het vat leeg is moet je wachten, een dag of meer, voordat er weer voldoende warmte in zit. Ik heb er aan gerekend, en kwam tot de conclusie dat de kosten van aanschaf en onderhoud veel hoger zijn dan de kosten van de verbruikte energie. En dan nog de machinekamer die je er voor moet hebben.

Dan maar elektrisch?

Maar, hoe maak je dan warm water? Alsnog een C.V.-ketel vonden we echt geen optie. Daarom heb ik een warmwatervoorziening bedacht die met een elektrisch doorstroomtoestel werkt. Dit is eigenlijk een soort elektrische geiser. In Duitsland worden die dingen meer gebruikt en ik had er al eens een lekker royale douche mee genomen tijdens een vakantie. Maar die dingen hebben wel héél veel stroom nodig, 20 kW is niets.

Kan dat in Nederland ook?

Tijd voor een onderzoekje.

Sinds enkele jaren levert Liander standaard een veel zwaardere elektriciteitsaansluiting dan vroeger. Nu is 3 x 25 Ampère standaard. Zo'n aansluiting kan continue 17,25 kW aan vermogen leveren, kortstondig meer: 40 seconden lang 25 kW.

Maar hoeveel heb je eigenlijk nodig voor een douche? Even rekenen.

Water komt het huis binnen met een temperatuur van zo'n 8º Celsius. Voor een douche heb je 38º nodig, dus moet het water 30º verwarmd worden. Om 1 liter water 1º op te warmen heb je 4.186 Joule aan energie nodig. En hoeveel liter water heb je nodig voor een lekkere douche? Uitgaande van een 'spaarkop' zoals die al tientallen jaren in de handel zijn: 10 liter per minuut, en tegenwoordig volgens MilieuCentraal: 7 liter per minuut en uitgaande van mijn grenzeloze optimisme: 5 liter per minuut met een échte ecofielen-spaarkop. Even verder rekenend met 10 liter/minuut: dan heb je dus 10 liter x 30º x 4.186 Joule = 1.255.800 Joule per minuut nodig. Elektrisch vermogen druk je uit in Watt, en dat is hetzelfde als Joule/seconde. Dus even van per minuut naar per seconde omrekenen: 20.930 Watt, ofwel 20,9 kiloWatt. Douche je met een betere spaarkop van 7 l/min, dan heb je 14,7 kW nodig, en met een serieuze 5 l/min kop nog maar 10,5 kW.

Conclusie (voorlopig): met de nieuwe 3x25A-aansluiting van Liander kan je elektrisch douchen, maar wel zuinig aan.

En twee douches tegelijk?

Nu hebben we nog een paar extra eisen: we hebben een mantelzorgwoning, en ook daar moet gedoucht kunnen worden. En het zou ook nog wel mooi zijn als je tegelijk ook nog warm water zou kunnen tappen in de keuken zonder dat de douche koud wordt.

Om twee douches tegelijkertijd te kunnen laten werken kwam ik op het idee om een Warmte-Terug-Winning te plaatsen: een douche-WTW. Die haalt de warmte uit het afvoerwater voordat dat in het riool verdwijnt. In theorie zou die met een rendement van 50% de warmtevraag halveren, en dus zouden er twee douches mogelijk zijn. Alleen, is 50% rendement haalbaar? En hoe?

Een plan: warmteterugwinning

De ene douche is boven en de andere op de begane grond. Voor die douche boven kan je een pijp plaatsen, die werken verreweg het beste. Voor beneden zou er dan een bak of een goot met een WTW moeten komen. Die werken echter een stuk minder goed, en een rendement van 50% is daarmee misschien niet haalbaar. Eens even zoeken wat de beste is op de markt.

De beste WTW-goot

Voor een WTW-pijp zijn er verschillende keuzes die allemaal een rendement hebben van 60% of meer. Een WTW-bak is geen optie omdat het rendement te laag is. Van een WTW-goot met een hoog rendement is er één: die van Dutch Solar Systems. Samen zouden deze een gemiddeld rendement van 50% moeten halen om twee gelijktijdige douches mogelijk te maken.

Hoe sluit je twee WTW's aan?

Eén WTW is al even puzzelen, maar twee? In de ontwerpfase kwam ik op onderstaand schema voor het aansluiten uit.




Ik had een een of andere 'ding' nodig dat detecteert welke douche er loopt en vervolgens de koudwatertoevoer omzet via de WTW.  Maar eigenlijk wilde ik het ook eenvoudig houden. Dus uiteindelijk heb ik ze maar gewoon achter elkaar in serie gezet:




Geen speciale schakelingen nodig, alleen voldoende druk om het water door twee WTW's en een heater te duwen, en dan ook nog een lekkere straal over te houden. Maar optimistisch als ik ben, dacht ik dat het wel zou lukken. In het schema staan ook een paar aannames over de temperatuur van het water op verschillende punten. Daar kom ik nog even op terug.

Ook de koude kraan via WTW

In het schema staat dat óók de koudwateraansluiting van de mengkraan gevoed wordt door de WTW. Dit levert het beste rendement. Dat komt omdat er dan meer koud water door de WTW stroomt en dat water neemt dan meer warmte op uit het afvalwater. Even opletten met aansluiten dus!

En werkt het?

Sinds een tijdje wonen we er en hebben we de douche uitvoerig kunnen testen. Het viel eerst tegen, maar daarna juist heel erg mee. En ook de tweede douche heb ik inmiddels kunnen testen.

Warm-koud-warm-koud

Wisselbaden schijnen erg gezond te zijn, maar het zou wel fijn zijn als je er voor kunt kiezen. Dat laatste konden we helaas niet. Wat was er aan de hand? De douche werd eerst lekker warm, daarna kwam de WTW op gang waardoor er nog maar zo weinig warm water nodig was dat de heater afsloeg. Daardoor kwam er natuurlijk ook geen warmte meer uit de WTW waardoor de heater weer aansloeg, enzovoort.  Hoe kwam dit?

De eerste oorzaak was dat ik de heater op een te hoge temperatuur had ingesteld. In het schema hierboven staat 40º, maar hij stond op 55º. Dat heeft tot gevolg dat er minder heet water nodig was.

Een tweede oorzaak was dat de koudwateraansluiting vanaf de bouwput via een tuinslang van 15 meter naar ons huis liep. Daardoor was er nog zo weinig druk over dat er niet erg veel water uit de douche kwam.

Dat kwam er ook nog eens bij en het gevolg was dat er minder dan 2,5 liter per minuut door de heater ging. Daarmee kwam de heater onder de tapdrempel en sloeg hij af.

De oplossing

De eerste fix was de temperatuur op de heater terug te regelen naar 40º. Daardoor neemt de verhouding warm/koud toe. De tuinslang kon ik echter niet zomaar veranderen en dat hebben we opgelost door de douche steeds voorbij de spaar-stand te draaien zodat er meer water uit kwam. Dat was overigens ook wel lekker, want veel was het niet.

De definitieve oplossing

Nadat de definitieve wateraansluiting er was kwam er véél meer water uit de douche. De installateur die me destijds hielp maakte zich ook een beetje zorgen over de waterdruk en heeft toen een extra dikke leiding aangelegd vanaf de meterkast naar de heater.  Dus over druk hoeven we ons geen zorgen meer te maken. De douche kan nu ook gewoon in de spaar-stand blijven staan en het water blijft gewoon warm. De temperatuur op de heater heb ik weer verhoogd, naar 45º. Hoger ging niet, dan kregen we weer wisselbaden.

Het douche is nu lekker, en met een volle straal. Ook met de tweede douch beneden aan blijft het water lekker en de straal vol. Ook kunnen beide douches tegelijk door de spaarstand gedraaid worden en hebben ze beide meer water.

En nu de cijfertjes

Tot slot nog enkele metingen en berekeningen van wat er nu gebeurt in de praktijk. Wat is nu eigenlijk het rendement van de WTW en hoeveel water en elektriciteit wordt er gebruikt? Het blijkt een verrassing!

De hoeveelheid water uit de douche in de spaarstand in: 4 liter per minuut. In de doe-eens-ruig-stand is het 6 liter per minuut. Dat heb ik gemeten. Dat was al een verrassing, want je zou het niet zeggen. Er heeft iemand goed nagedacht over hoe je een douchekop maakt die met weinig water toch een lekkere douche geeft. (Neem nooit een doorstroombeperker, want een die knijpt het water af en er komt vervolgens een z***-straaltje uit de douchekop. Je moet een douchekop hebben die zélf de hoeveelheid water beperkt.)

De heater staat op 45º en ik heb geen redenen om daaraan te twijfelen. Het is een elektronische regeling en de temperaturen van 37 tot 39 heb ik geteste en die klopten.

De temperatuur van het koude water is niet relevant omdat alle water via de WTW loopt. De vraag is welke temperatuur uit de WTW komt. Die kan in de praktijk oplopen richting de 30º heb ik gelezen, maar dan moeten de omstandigheden wel ideaal zijn. Ik ga nu uit van 25º.

Gegeven de bovenstaande metingen en aannames moet de verhouding tussen warm en koud water ongeveer zijn: 1,5 liter koud (25º) en 2,5 liter warm (45º) per minuut. Dat levert samen 4 liter per minuut van 37,5º op. Dit zijn aannames op basis van waarnemingen want ik heb geen temperatuur of stromingsmeters in de leidingen. Verder zijn het berekeningen.

De verificatie van bovenstaande bestaat uit het berekenen van het rendement van de WTW. Die zou ongeveer overeen moeten komen met wat de fabrikant opgeeft. Het rendement is eenvoudigweg de verhouding tussen de temperatuur van het koude water en het warme water, want de stroomsnelheden (en dus de hoeveelheid warmte) zijn gelijk. Die verhouding, en dus het rendement, is 67%.

Die 67%, is dat niet een beetje optimistisch? Het KIWA-keur voor betreffende douchepijp geeft een rendement van 60%. Maar dat is bij 12,5 liter per minuut. Voor 9.2 liter per minuut geeft KIWA 63,7% op. Ik neem aan dat als het debiet nog lager is, het rendement verder toeneemt. Dat is ook logisch omdat het water langzamer stroomt en dus meer tijd heeft om warmte uit te wisselen. Na wat gespeeld te hebben met aannames kom ik uit op onderstaande balans.





Debiet-douche
4,0
l/min meet
Theater
45
ºC set
Twtw
25
ºC aanname
Debiet-koud
1,5
l/min berekend
Debiet-heater
2,5
l/min berekend
Tdouche
37,5
ºC set
Pheater
3.487
W berekend
Rendement
67%

berekend

Het berekende vermogen blijft nog onder wat een 16A aansluiting mag hebben (3.680 W). Dit is als volgt berekend:

(Theater [ºC]- Twtw [ºC]) * Debiet-heater [l/min] / 60 [s] * 4.184 [J/kgK] = [J/s] = [Watt] =
(45 - 25) * 2,5 / 60 * 4.184 =
20 * 0,042 * 4.184 = ~3.500 Watt 

Overigens kan je, als gevolg van de vastgelegde marges, met een 16A automaat of stop ruim 4.100 Watt gebruiken zonder dat die afslaat.

Conclusie

Voor een douche heb je echt geen 3x25A stroomaansluiting en heater van 18 kW nodig (die heb ik helaas wel). Het blijkt zelfs met 1x16A ook te kunnen. Dat had ik totaal niet verwacht, maar ik ben er wel blij mee. En twee douches met twee WTW's in serie gaat ook. Er blijft genoeg druk over voor twee lekkere douches.

Vraag voor vriend en energieadviseur Plushuis: met een dergelijk laag vermogen, heb je dan nog wel een buffervat nodig, of zou je je douche rechtstreeks kunnen voeden met een warmtepomp?

Wordt Vervolgd: warm-water. Ook met een onverwachte uitkomst!

2 opmerkingen:

  1. Handig al deze info, vooral wanneer je onderhoud wilt plegen aan het water-,cv-,rioolsysteem!

    BeantwoordenVerwijderen
  2. Beste Erik, kunnen we in contact komen? Mijn man en ik zijn ook voornemens een kalkhennephuis te bouwen, we zouden graag leren van jullie ervaringen. vriendelijke groet, Geertje Korf

    BeantwoordenVerwijderen