Water verwarmen berekenen
Over de berekening van water verwarmen
Deze calculator voor water verwarmen berekent de energie die nodig is om water tussen twee temperaturen te verwarmen, het energieverbruik van de warmtebron rekening houdend met het rendement, de opwarmtijd en de kosten van één verwarmingscyclus. Voor aardgas berekent de calculator daarnaast het gasverbruik en het warmwaterdebiet in liters per minuut. De berekening is geschikt voor elektrische boilers, gasketels en systemen voor warm tapwater.
Richtwaarden en aanbevelingen
Benodigde warmte-energie om water te verwarmen
Temperatuurverschil. Eerst wordt de benodigde temperatuurstijging berekend als het verschil tussen de eindtemperatuur en de begintemperatuur van het water. Als de eindtemperatuur niet hoger is dan de begintemperatuur, wordt voor de energieberekening een temperatuurstijging van 0 °C gebruikt.
ΔT = max(T2 - T1, 0)
Dichtheid en soortelijke warmte van water. De berekening gebruikt de benadering 1 liter water = 1 kg en een soortelijke warmte van water van 4,186 kJ/(kg·°C). Na omzetting van joule naar kilowattuur komt dit overeen met een factor van 0,0011627778 kWh/(l·°C).
Q = V · ΔT · 0.0011627778
Hierbij is Q de warmte-energie die aan het water moet worden overgedragen, kWh, V het watervolume, l, en ΔT de temperatuurstijging, °C. Als bijvoorbeeld het watervolume of het temperatuurverschil wordt verdubbeld, verdubbelt ook de benodigde hoeveelheid warmte.
Rendement en energieverbruik van de bron
Rendement. Het rendement geeft aan welk deel van de energie uit de bron wordt omgezet in nuttige warmte die aan het water wordt overgedragen. Wanneer het rendement wordt meegenomen, wordt het energieverbruik van de bron berekend door de benodigde warmte-energie te delen door het rendement, uitgedrukt als een decimale waarde van 0 tot 1.
Qsource = Q / η
Bij een rendement van 90 % geldt bijvoorbeeld η = 0.90, zodat voor het overdragen van 5 kWh warmte aan het water ongeveer 5,56 kWh energie uit de bron nodig is. Als het rendement niet wordt meegenomen, gebruikt de berekening η = 1, waardoor geen extra verliezen worden meegerekend.
Typische rendementen. Voor elektrische weerstandsverwarming wordt bij directe waterverwarming vaak een rendement dicht bij 100 % aangenomen. Voor gasketels ligt een gebruikelijke indicatieve waarde rond 85-95 %, maar waar mogelijk verdient de waarde uit de technische documentatie van het betreffende toestel de voorkeur. Wanneer aardgas wordt geselecteerd, gebruikt de calculator standaard een rendement van 90 %.
Aardgasverbruik
Calorische waarde van gas. Het benodigde volume aardgas wordt berekend uit de hoeveelheid brandstofenergie die de verwarmer nodig heeft. De standaard calorische waarde is 10,5 kWh/m3. De werkelijke energie-inhoud van aardgas hangt af van de samenstelling en de leverancier, daarom moet voor een nauwkeuriger resultaat bij voorkeur de waarde van de gasleverancier worden gebruikt.
Vgas = Qsource / Hgas
Hierbij is Vgas het aardgasverbruik, m3, Qsource de benodigde brandstofenergie inclusief de verliezen die via het rendement worden meegenomen, kWh, en Hgas de calorische waarde van het gas, kWh/m3. Hoe hoger het rendement van het toestel en de calorische waarde van het gas, hoe kleiner het berekende brandstofvolume.
Vermogen van de verwarmer en opwarmtijd
Nuttig verwarmingsvermogen. In deze berekening betekent vermogen de snelheid waarmee de verwarmer warmte aan het water kan overdragen. De opwarmtijd wordt daarom bepaald uit de warmte-energie die het water nodig heeft en het nuttige verwarmingsvermogen, terwijl het rendement afzonderlijk invloed heeft op de hoeveelheid energie die uit de bron wordt verbruikt.
t = Q / P
Hierbij is t de opwarmtijd, h, Q de benodigde warmte-energie voor het water, kWh, en P het nuttige verwarmingsvermogen, kW. De berekende tijd wordt ook naar minuten omgerekend door deze met 60 te vermenigvuldigen. Bij elektriciteit gebruikt de calculator standaard een vermogen van 2 kW, terwijl voor aardgas 20 kW wordt gebruikt. Dit zijn beginwaarden die kunnen worden vervangen door het vermogen van het werkelijke toestel.
Vermogen van een gasketel. Voor een combiketel of doorstromende gasketel moet het vermogen worden gebruikt dat beschikbaar is voor de productie van warm tapwater. Als de fabrikant een afzonderlijk vermogen voor warm tapwater opgeeft, verdient die waarde de voorkeur voor de berekening.
Warmwaterdebiet
Debiet in liters per minuut. Voor een gasverwarmer berekent de calculator ook het volume water dat het toestel theoretisch continu kan verwarmen bij het opgegeven vermogen en de opgegeven temperatuurstijging. Dit resultaat is niet afhankelijk van het totale watervolume dat voor de energieberekening is ingevoerd.
q = P / (60 · ΔT · 0.0011627778)
Hierbij is q het warmwaterdebiet, l/min. Bij hetzelfde verwarmingsvermogen neemt het beschikbare waterdebiet toe wanneer de benodigde temperatuurstijging kleiner wordt. Dezelfde ketel kan bijvoorbeeld een hoger debiet leveren wanneer het water 30 °C wordt verwarmd dan wanneer het 45 °C wordt verwarmd.
Kostenberekening
Elektriciteit. De kosten worden berekend door het energieverbruik van de bron in kWh te vermenigvuldigen met het tarief per 1 kWh.
Cel = Qsource · tariffel
Aardgas. Voor gas worden de kosten berekend uit het geschatte brandstofvolume in m3 en het tarief per 1 m3.
Cgas = Vgas · tariffgas
De calculator koppelt geen valuta aan het tarief. De uiteindelijke kosten worden weergegeven in dezelfde munteenheid waarin het tarief is ingevoerd.
Temperaturen en Europese normen
Typische temperaturen. Voor koud leidingwater wordt afhankelijk van seizoen en regio vaak een indicatief bereik van 5-15 °C gebruikt. Voor opgeslagen warm water worden vaak waarden van ongeveer 50-60 °C toegepast. Voor een specifiek systeem moeten waar mogelijk de werkelijke of ontwerpwaarden van de temperaturen worden ingevoerd.
Europese normen. Bij het ontwerpen van systemen voor warm tapwater en het beoordelen van hun energieprestatie worden onder andere de volgende gerelateerde Europese normen gebruikt:
- EN 806 - “Specificaties voor installaties in gebouwen die water voor menselijke consumptie transporteren”.
- EN 12831-3:2017 - “Energieprestatie van gebouwen. Methode voor de berekening van de ontwerpwarmtebelasting. Deel 3: Warmtebelasting van systemen voor warm tapwater en karakterisering van de behoefte”.
- EN 15316-3:2017 - “Energieprestatie van gebouwen. Methode voor de berekening van de energiebehoefte en het rendement van systemen. Deel 3: Distributiesystemen voor warm tapwater, verwarming en koeling”.
Deze documenten worden gebruikt bij het kiezen van parameters en het ontwerpen van water- en verwarmingssystemen. De basisberekening van het energieverbruik in deze calculator is gebaseerd op de warmtebalans van het water, het opgegeven nuttige verwarmingsvermogen en, indien van toepassing, het rendement en de calorische waarde van aardgas.
FAQs
Waarom beïnvloedt het rendement het gas- of elektriciteitsverbruik, maar niet de opwarmtijd?
De opwarmtijd wordt berekend uit het nuttige verwarmingsvermogen, dus het vermogen dat daadwerkelijk aan het water wordt overgedragen. Het rendement geeft aan hoeveel extra energie uit de bron nodig is om dat nuttige vermogen te leveren. Een lager rendement verhoogt daarom het gas- of elektriciteitsverbruik, maar verandert bij hetzelfde nuttige verwarmingsvermogen de berekende opwarmtijd niet.
Waarom heeft het watervolume geen invloed op het debiet van een gasketel in l/min?
Het debiet van een doorstroomverwarmer wordt bepaald door het vermogen van de ketel en de benodigde temperatuurstijging. Het totale watervolume beïnvloedt de totale energiebehoefte, het gasverbruik en de bedrijfsduur, maar niet het aantal liters dat de ketel per minuut onder constante omstandigheden kan verwarmen.
Welke calorische waarde van aardgas moet ik gebruiken?
Voor een eerste schatting kan de standaardwaarde van 10,5 kWh/m3 worden gebruikt. Voor een nauwkeurigere berekening van het aardgasverbruik moet de calorische waarde van de gasleverancier of de waarde die voor het lokale gasnet is opgegeven worden gebruikt.
Welk vermogen moet ik invoeren voor een gasgestookte combiketel?
Gebruik het nuttige vermogen dat beschikbaar is in de modus voor warm tapwater. Bij sommige ketels verschilt dit van het vermogen voor ruimteverwarming. Als in de technische documentatie een afzonderlijk vermogen voor warm tapwater wordt vermeld, moet die waarde worden gebruikt.
Waarom kunnen het werkelijke warmwaterdebiet en de opwarmtijd afwijken van de berekende waarden?
In de praktijk wordt het verwarmen beïnvloed door warmteverliezen van het toestel en de leidingen, veranderingen in de temperatuur van het inkomende water, vermogensmodulatie en de werking van de regeling. Bij doorstroomverwarming spelen ook de werkelijke debietomstandigheden en de prestaties van de warmtewisselaar een rol, daarom moet het berekende resultaat worden beschouwd als een technische schatting voor de opgegeven invoercondities.