Energieopslag in een buffervat of tapwaterboiler?

16 april 2020

Een zonthermisch systeem zet zonnewarmte om in bruikbare energie. Omdat zonnecollectoren met name overdag veel warmte opwekken, sla je deze energie op in een buffervat of tapwaterboiler. Hierdoor beschik je over duurzame warmte wanneer het echt nodig is (ochtend en avond). Ondanks dat een buffervat en tapwaterboiler/zonneboiler qua uiterlijk sterk op elkaar lijken, is de toepassing en werking fundamenteel anders. In deze blog vertellen we over de verschillen en geven we tips bij het gebruik van een buffervat.

1. Tapwaterboiler of zonneboiler

Bestaat de energievraag voornamelijk uit warm tapwater? Pas dan een tapwaterboiler toe, eventueel in combinatie met een buffer (verwarming). Zoals het woord namelijk al verklapt, zorgt een tapwaterboiler voor warm leidingwater voor het douchen en overige tapwatergebruik.

Een tapwaterboiler heeft geen warmtewisselaar en is in feite een opslagvat
Een zonneboiler heeft standaard een zonthermische-warmtewisselaar onder in de boiler.
Een zonneboiler kun je optioneel krijgen met een tweede warmtewisselaar boven in de boiler. Deze wisselaar is niet bedoeld als verwarmingsondersteuning, maar is een tapwaterzijdige naverwarmer zodat je er een warmtepomp, pelletketel of gasketel op kunt aansluiten.
Inhoud van het vat ligt vaak tussen de 100 tot 300 liter
Boilers zijn meestal van staal en geëmailleerd (tegen roestvorming)

2. Buffervat

Bestaat de energievraag grotendeels uit warmte? Dan is thermisch bufferen verstandig (met een tapwaterwisselaar kun je eventuele tapwatervraag produceren of via een indirect geladen boiler).

Buffering is namelijk primair voor verwarmingsdoeleinden en indirect voor warm tapwater. Een buffervat heeft bovendien meerdere aansluitingen waardoor je meerdere warmwaterbronnen kunt aansluiten. Bij voorkeur natuurlijk duurzame oplossingen zoals zonne-energie, warmtepomp of hout(pellet)ketel. Daarnaast zijn klassieke (aardgas of stookolie) systemen ook aan te sluiten.

In een buffervat sla je in de eerste plaats energie op vanuit zonnecollectoren;
De primaire warmtebron (bijv. warmtepomp) produceert de aanvullende warmte;
Buffervaten zijn vaak van staal (emaillering niet nodig omdat je proceswater buffert);
Buffervaten zijn vaak veel beter geïsoleerd dan boilervaten;
Buffervat geven de mogelijkheid om warmte aan te maken op het moment dat het duurzaam beschikbaar is (zon);
Buffervaten hebben doorgaans een groter volume dan gebruikelijk is bij een boiler;
De grotere watercapaciteit van een buffervat maakt de verwarmingsinstallatie rendabeler en flexibeler.

2.1 Volumebepaling

Houd bij de bepaling van de inhoud van het vat rekening met het vermogen van regeneratieve bron(nen). Bepaal de inhoud bovendien voldoende ruim, zeker bij zonthermische installaties om stagnatie en daarmee stoomvorming te vermijden.

Thermisch collectoren? Gebruik een opslagvolume van 50-70L per m2 paneeloppervlakte;
Warmtepomp of gasketel? Het volume van het buffervat is afhankelijk van de gewenste toepassing. Voor antipendel is dit afhankelijk van het minimale vermogen wat geleverd kan worden. Terwijl voor een overbrugging de vragers in de installatie bepalend zijn;
Pelletketel? Houd minimaal 25-30L per kW aan;
Houtkachel? Houd circa 30-50L per kW aan.

2.2 Plaatsing van het buffervat

Het gewicht en de grootte van een buffervat (circa 500 tot 1500 liter) speelt een belangrijke rol bij het vinden van een geschikte locatie. Met name in de bestaande bouw kan dit een uitdaging zijn. Het kan zelfs zijn dan je concessies moet doen op het volume en dat heeft gevolgen voor de keuzes in de rest van de installatie.

Houd rekening met de draagkracht van de ondergrond;
Zorg voor voldoende bewegingsruimte rondom het vat vanwege onderhoud en toekomstige aansluitingen.

“Tip: Sommige buffervaten kun je ontdoen van de isolatielaag waardoor ze door de deuropening of trapgat passen.”

2.3 Houdbaarheid

Zoals je begrijpt is de opgeslagen energie in een buffervat niet eeuwig houdbaar. Hoe lang je met een buffervat precies kunt overbruggen, hangt af van de isolatie van het vat én de mate waarin de warmte in het buffervat wordt gebruikt.

Warmteverlies ligt tussen de 2-6 kWh per dag;
Bij een standaard buffervat blijft de warmte al snel 2 tot 3 dagen opgeslagen;
Hoe beter de isolatie, hoe langer het water in het vat op temperatuur blijft.

2.4 Ondersteuning andere technieken

Om de warmte uit het buffervat te benutten, sluit je de verwarmingsinstallatie op het buffervat aan. Bij warmtevraag (ruimteverwarming of sanitair), gebruikt de verwarmingsinstallatie eerst de energie uit het buffervat. Pas zodra de geleverde energie uit het buffervat niet voldoende is, valt het systeem terug op zijn primaire verwarmingsbron zoals een warmtepomp, pelletketel of gasketel.

2.5 Hoogwaardige energie

Ruimteverwarming (op lage temperaturen) heeft een hoger rendement dan warmtapwaterbereiding. Enerzijds doordat de Delta T kleiner is (het piekvermogen van de warmtepomp is kleiner). Anderzijds valt het potentiele rendement van de gasketel weg omdat deze op hogere temperaturen niet kan condenseren.

NIET DOEN: Water met hoge temperaturen (dat met een laag rendement geproduceerd is) af laten koelen om het vervolgens te gebruiken voor verwarming op lage temperaturen. Een warmtepomp (of gasketel) kan met een hoger rendement beter energie produceren voor lage temperatuur verwarming (LTV) dan warm tapwaterbereiding. Wanneer energie (bedoeld voor warm tapwater) wordt aangewend voor verwarming, dan:

Haal je niet het maximale rendement uit het systeem;
Verlaag je de potentiele hoeveelheid warm tapwater;
Is de kans dat bijstook voor legionellapreventie vaker moet bijspringen (drukt het rendement nog verder).

“De keuze tussen een buffervat of tapwaterboiler bepaalt dus je mogelijkheden. Zo gebruik je hoogwaardige energie niet voor laagwaardige toepassing zoals verwarming (LTV). Gebruik een boiler daarom niet voor het verwarmen van een woning. De tweede spiraal in de top van het vat, is bedoeld voor het naverwarmen van tapwater, niet voor de verwarming van woningen.”

2.6 Buffervat als hart in de installatie

Je kunt energie verdelen van en naar verschillende delen van je installatie – (HT-verwarmen, LT-verwarmen, tapwater);
Als op piekmomenten de duurzame energiebron niet voldoende is, voorkom je dat de installatie extra energie moet halen uit duurdere of minder milieuvriendelijke energiebronnen (zoals gas of elektriciteit uit het net);
De primaire verwarmingsbron heeft veel minder starts-en-stops (antipendel). Met buffercapaciteit in de installatie voorkom je dat de warmtebron tegen de ondergrens van zijn modulatie aanloopt. Hiermee reduceer je het aantal starts en stops;
De primaire energiebron kan op efficiëntere wijze energie produceren;
Gelaagde buffervaten zijn gericht te laden en ontladen (prioriteitsladen) waardoor de energiebalans in de buffer behouden blijft.

2.7 Gelaagde warmteopslag

Een groot voordeel is dat je met een buffervat gericht kunt laden en ontladen. In buffervaten met stratificatie inrichting sla je de warmte in verschillende temperatuurlagen op. De temperatuur in de hoogste laag kan oplopen tot 95° Celsius. De warmte wordt, afhankelijk van de benodigde temperatuur, uit de juiste laag gehaald of middels menging op een gewenste lagere temperatuur gebracht.

Tapwaterwisselaar benut warmte uit de bovenste laag;
Onderliggende lagen voor lage temperatuur verwarming;
Hoeveelheid water die je in de buffer reserveert voor een bepaalde toepassing, kan sterk variëren;
Door de stratificatielans kun je energie op verschillende temperatuurzones laden en ontladen.

2.8 Gericht laden en ontladen

Sommige buffervaten hebben een stratificatielans. Deze zorgt ervoor dat de energie op de juiste plaats terecht komt zonder de temperatuurbalans in de buffer te verstoren. Wanneer de installatie ook wordt ontladen volgens ditzelfde principe, vergroot dit het rendement van de installatie.

Afbeelding 1: een buffervat met hoge temperaturen in de top (legionella preventie). Met een groot uitgevoerde tapspiraal kun je aanwezige warmte efficiënt overdragen op het sanitaire water zonder de gelaagdheid in de buffer te verstoren. Een standaard uitgevoerde laadbuffer voor energie opslag kan dit niet.
Afbeelding 2: een buffervat met veel energie voor zowel hoge- als lage temperaturen
Afbeelding 3: een buffervat die bijna volledig is ontladen. In het middengebied heb je nog steeds voldoende warmte voor ZLTV.

Als het buffervat in afbeelding 1 geen stratificatie inrichting had, dan zou de gemiddelde temperatuur ongeveer 39,7°C zijn. De stratificatie techniek zorgt ervoor dat niet heel het vat (800L) geladen hoeft te worden om de gewenste
temperatuur te bereiken.

“Installateur en interesse in zonthermie? Download onze whitepaper. Neem bij vragen contact op via 058 – 288 47 39“