Nieuwe installatie, waarom glycol als we water hebben? Of zijn er nog andere alternatieven voor water en glycol?
Een verwarmingsmedium, ook wel warmteoverdrachtsvloeistof genoemd, is een belangrijke term. Het is de stof die warmte kan transporteren van de warmtebron (zoals een ketel, open haard, warmteopslag, warmtepomp, zonnepanelen, enz.) naar de warmteafgifte, zoals een radiator of vloerverwarmingslus. Om een centrale verwarmingsinstallatie te laten werken, wordt de warmte via leidingen, lussen en andere soorten kanalen getransporteerd door de warmteoverdrachtsvloeistof. Deze vloeistof is essentieel en daarover valt niet te discussiëren.
✅ Het meest gebruikte warmteoverdrachtsmedium is natuurlijk water. Het heeft veel voordelen, maar ook nadelen. De belangrijkste eisen die we stellen aan verwarmingsmiddelen in praktische toepassingen voor centrale verwarming of warm tapwater zijn:
- Beschikbaarheid (eenvoudig verkrijgbaar)
- Prijs
- In meer gespecialiseerde installaties houden ontwerpers soms rekening met strengere eisen, zoals de impact op de binnenklimaatparameters van de installatie, de maximaal mogelijke warmtecapaciteit bij opwekking in de bron (de zogenaamde warmteopslagcapaciteit), en lage stromingsweerstanden in de installatie.
✅ Water presteert goed op deze parameters, maar soms worden er verschillende stoffen aan toegevoegd om bepaalde eigenschappen te verbeteren. Bijvoorbeeld, water wordt gemengd met glycol in verschillende concentraties om specifieke eigenschappen van het mengsel te bereiken. In dit artikel bespreken we alleen vloeibare verwarmingsmiddelen, waarbij we gasvormige middelen zoals lucht of stoom buiten beschouwing laten, aangezien deze in principe niet voorkomen in huishoudelijke installaties in NL & BE. We zullen ingaan op hun invloed op de levensduur van hydraulische apparaten, zoals opslagvaten, warmtewisselaars, circulatiepompen, watersterilisatoren, en warmtebronnen zoals waterhaarden, CV-ketels, warmtepompen, enz.
Water en zijn eigenschappen in een CV-installatie
✅ Water voor centrale verwarming is de meest voor de hand liggende keuze, omdat het snel en gemakkelijk beschikbaar is. Het is ook een van de goedkoopste opties, goedkoper dan glycol of vergelijkbare vloeistoffen. Water bevat echter veel verontreinigingen in de vorm van organische en anorganische suspensies die met het blote oog niet zichtbaar zijn, maar vooral opgeloste zouten en gassen, evenals colloïden (in de vorm van siliciumdioxide en andere verbindingen). Deze ongewenste bestanddelen van water hebben een nadelige invloed op de werking van verwarmings- en hydraulische apparatuur.
✅ Daarom moet water in een centrale verwarmingsinstallatie soms worden behandeld om veilig te zijn voor ons verwarmingssysteem en efficiënt te verwarmen. Water heeft echter ook andere eigenschappen die vaak over het hoofd worden gezien, zelfs bij het ontwerpen van een installatie, zoals droge resten, oxidatievermogen en zuurgraad.
Soortelijke warmte van water en zijn warmtegeleidingscoëfficiënt
☑️ Voor de nieuwsgierigen is het interessant dat de soortelijke warmte van water varieert afhankelijk van de temperatuur. De soortelijke warmte van water varieert van 4,226 kJ/kgK (bij een temperatuur van 0 graden Celsius) tot 4,194 kJ/kgK bij een temperatuur van 80 graden Celsius. Hetzelfde geldt voor de warmtegeleidingscoëfficiënt, die afhankelijk van de temperatuur varieert van 0,558 W/mK tot 0,681 W/mK (voor temperaturen die kunnen voorkomen in een typische huishoudelijke installatie, van net boven het vriespunt tot +80°C). Maar laten we eerlijk zijn, welke loodgieter (tenzij hij een ingenieur-ontwerper is) is zich hiervan bewust en gebruikt deze gegevens praktisch bij het ontwerpen van installaties? Waarschijnlijk geen enkele, aangezien in de praktijk de kennis van basisprincipes en wanneer uitzonderingen op het gebruik van water moeten worden gemaakt, voldoende is om een efficiënt en effectief verwarmingssysteem te ontwerpen. De soortelijke warmte van water en de warmtegeleidingscoëfficiënt behoren tot een hoger niveau van kennis waar praktische vakmensen zich meestal niet op richten. Dit is onze eigen beoordeling.
Nadelen van water in een CV-installatie
✅ Het gebruik van water in sommige installaties, vaker in industriële dan in huishoudelijke installaties, heeft ook nadelen omdat water van aggregatietoestand verandert rond 0 graden Celsius en bij ongeveer 90-100 graden begint te koken en intensief te verdampen, waardoor de druk in de installatie aanzienlijk toeneemt. Daarom moeten installaties absoluut worden beschermd tegen aanzienlijke afkoeling (in de praktijk zou het huis echter meerdere dagen zonder verwarming moeten worden gelaten om het water in het verwarmingssysteem te laten bevriezen) en tegen hoge druk in geval van waterverdamping. Kortom, we moeten ook voorkomen dat het water in het systeem kookt, wat het zou kunnen beschadigen. Dit is zelden mogelijk bij moderne warmtebronnen met temperatuurbeheersingsmiddelen, maar kan zeker voorkomen bij haardinstallaties of oude ketels.
Het vermogen van water om afzettingen te vormen die onze verwarmingsinstallaties verzwakken - zoals ketelsteen
✅ Een andere eigenschap van water die invloed heeft op hydraulische apparatuur, is de aanwezigheid van opgeloste zouten (die de vorming van ketelsteen kunnen veroorzaken) en de zuurgraad, uitgedrukt door de pH-waarde (die verband houdt met het potentieel voor corrosie op stalen apparaten zoals opslagtanks, verdeelstukken of platenwarmtewisselaars).
Vanwege het schadelijke effect dat corrosie van apparaten versnelt, zou zowel de chemicus als de gebruiker geïnteresseerd moeten zijn in het zuurstof- en koolstofdioxidegehalte in water. Het gehalte aan deze gassen verandert met de temperatuur van het water, wat in elke installatie een bekend fenomeen is. Dit veroorzaakt op zijn beurt drukveranderingen in installaties en de afscheiding van bovengenoemde gassen, wat zich manifesteert als luchtbellen in de installatie.
✅ Luchtbellen zullen zich altijd ophopen in een CV-installatie wanneer water wordt gebruikt, en deze moeten uit de installatie worden verwijderd. Dit bepaalt hoe we de waterinstallatie moeten ontwerpen en hoe we ervoor zorgen dat deze verwijderd kunnen worden.
Het ergste ligt nog voor ons - hard water in een verwarmingsinstallatie
In water zijn zouten opgelost, waarvan de concentratie afhangt van de herkomst van het water. Magnesium en calcium worden als de meest problematische elementen beschouwd. Hoewel ze een vrij lage oplosbaarheid hebben, hebben ze het vermogen om af te breken (wat gevaarlijk kan zijn voor onze installatie). ✅ De afbraak van zouten in water wordt versterkt bij hoge temperaturen en begint al bij een milde intensiteit bij 30-40 graden Celsius. Dit betekent dat in vrijwel elke installatie de omstandigheden aanwezig zijn voor de afbraak van magnesium en calcium (waardoor afzettingen zoals kalkaanslag ontstaan). In verwarmingsinstallaties neemt, als gevolg van de temperatuurstijging, de verdamping van water in ketels toe. Hierdoor slaan de zouten neer en vormen afzettingen op warmtewisselende oppervlakken (zoals de wanden van ketels, leidingen, vloerverwarmingslussen, hydraulische apparaten, enz.). Deze afzetting staat bekend als kalkaanslag, een veelvoorkomend probleem in waterinstallaties.
Waterhardheid
✅ De aanwezigheid van zouten in water wordt aangeduid als waterhardheid, die in verschillende gradaties kan voorkomen. Er wordt onderscheid gemaakt tussen tijdelijke (carbonaathardheid) en permanente hardheid (niet-carbonaathardheid). Tijdelijke hardheid komt voor in water wanneer zure carbonaten van calcium en magnesium aanwezig zijn, die bij verhitting oplossen. Daarom hebben ze geen blijvend karakter. Als de hardheid echter wordt veroorzaakt door neutrale calcium- en magnesiumzouten, lossen deze niet op bij toenemende temperatuur van het medium en spreken we van permanente, niet-carbonaathardheid.
Omdat we water gebruiken, verkalken installaties na verloop van tijd, aangezien op het overgrote deel van het grondgebied van NL hard of zeer hard water voorkomt. Dit is een onzichtbare vijand, aangezien hard water niet zonder tests, d.w.z. fysisch-chemische analyse, kan worden herkend. We kunnen echter aannemen dat de aanwezigheid van water (aangezien het hoe dan ook hard zal zijn, tenzij we het op de juiste manier behandelen) na verloop van tijd de levensduur van apparaten zoals een verwarmingsketel, warmtepomp, huiselijke UV-lamp voor water, platenwarmtewisselaar-CV, opslagtank, vloerverwarmingsverdeler en zelfs radiatoren aanzienlijk zal verkorten.
✅☑️ Na verloop van tijd zorgen leidingen en kanalen van onze installatie, die zijn dichtgeslibd met kalkaanslag, ervoor dat ons CV-systeem zo'n slechte warmteoverdracht heeft dat onze verwarmingskosten of brandstofverbruik met wel 30-40% kunnen stijgen. Gelukkig zijn er methoden om hard water te neutraliseren en apparaten zoals waterontharders.
Filter voor hard water - mogelijke oplossingen
Tot voor kort werden als oplossing tegen hard water vooral traditionele waterontharders gebruikt, waarvan de kosten beginnen bij 2500-3000 PLN. Naast de prijs hadden ze als nadeel dat ze veel ruimte innamen in de stookruimte. Bovendien moesten de harskorrels periodiek worden vervangen, waardoor ze niet volledig onderhoudsvrij waren. Toch moet worden gezegd dat waterontharders van dit type vrij effectief waren. Deze apparaten zijn geen filters voor hard water; ze werken volgens een ander principe. In de afgelopen jaren zijn er echter ook hard waterfilters op de markt gekomen, die aan de waterinlaat naar het huis worden geïnstalleerd.
✅ De huidige trend is het gebruik van doorstroom galvanische ontharders - hard water filters met de technologie genaamd IPSE. Dit apparaat heeft de vorm van een buis die wordt gemonteerd op de inkomende waterleiding. Het IPSE-hardwaterfilter is het meest effectief voor preventie. Een al verkalkte installatie blijft echter een serieus probleem. Het voordeel van hard water filters is dat ze onderhoudsvrij zijn en tot 10 jaar meegaan. Ze werken op basis van een kleine galvanische cel, in kwalitatief betere apparaten versterkt met een zilverlaag. Door het genereren van een kleine spanning van ongeveer 5-6 V, breekt de cel de mineralen af die verantwoordelijk zijn voor kalkaanslag en waterhardheid.
Alternatief voor water in CV. Is er een betere optie? Dowtherm, glycol, minerale olie? Zijn ze betere oplossingen?
✅ Bij gebruik van deze vloeistoffen is er geen noodzaak om water voor de installatie te behandelen of het risico op kalkaanslag in verwarmingsbuizen en apparaten te vermijden, wat leidt tot de noodzaak van frequenter vervanging en verminderde verwarmingsefficiëntie. Ze hebben echter ook een aantal nadelen.
In de praktijk zal een afweging van de voor- en nadelen van deze vloeistoffen ons tot de conclusie brengen dat ze meer gespecialiseerde warmteoverdrachtsvloeistoffen zijn, die vanwege hun eigenschappen beter geschikt zijn voor specifieke toepassingen, zoals industriële omgevingen. Lees verder als je nieuwsgierig bent.
Difenylether
✅ Een exotisch klinkend, maar weinig praktisch verwarmingsmedium voor huishoudelijke installaties is dowtherm of difenylether. Het wordt vrijwel uitsluitend gebruikt als warmteoverdrachtsmiddel in hooggespecialiseerde industriële installaties. Het heeft een soortelijke warmte die varieert van 1,55 kJ/kgK tot 2,76 kJ/kgK, wat een zeer interessant kenmerk zou zijn. Evenals het vriespunt tot wel -55 graden Celsius, wat het geschikt zou maken voor gebruik in ruimtes die slechts af en toe worden verwarmd. Helaas is difenylether gevaarlijk voor de gezondheid van mensen en is het brandbaar. Dit sluit het uit voor gebruik in huishoudelijke installaties, maar zelfs in industriële gebouwen waar werkzaamheden worden verricht die vonken kunnen veroorzaken, zoals lassen. We vermelden dit eerder als een curiositeit, aangezien het al sinds het begin van de 20e eeuw bestaat en nog steeds wordt gebruikt.
Minerale olie
✅ Het grootste voordeel van minerale olie is dat het in ons klimaat niet zal bevriezen. Met een vriespunt tot wel -50 graden Celsius kan het zelfs in Scandinavië of de noordelijke regio's van Rusland worden gebruikt. Het blijft vloeibaar over een zeer breed temperatuurbereik, aangezien het kookpunt tussen 280 en 350 graden Celsius ligt, en de ontbrandingstemperatuur in principe niet wordt bereikt in de toepassing waar we het over hebben. Net als andere oliën veroorzaakt het geen kalkaanslag of corrosie. Het heeft echter ook nadelen: het is aanzienlijk duurder dan water, vooral bij grote installaties. Bovendien wordt na verloop van tijd de afzetting van olieharsen op de oppervlakken van warmtewisselaars (radiatoren, warmtewisselaars) waargenomen. Het oxideert relatief gemakkelijk, wat betekent dat een dergelijke installatie vaker moet worden ontlucht. Het wordt, zoals bekend, ook veel gebruikt in de koeltechniek.
✅ Etheenglycol in het verwarmingssysteem
Etheenglycol is een mogelijke realistische alternatieve vloeistof voor water in een verwarmingssysteem, vooral in delen die gevoelig zijn voor bevriezing (zoals een bijgebouw dat op het systeem is aangesloten en niet permanent wordt verwarmd). Net als minerale olie vormt het geen kalkaanslag. De vriespunt ligt tussen ongeveer -17 graden en zelfs -49 graden Celsius, wat in ons klimaat voldoende is om de installatie volledig te beschermen. Het vriespunt hangt uiteraard af van hoe sterk het is verdund, want...
✅ Het wordt zelden in pure vorm gebruikt. Het wordt meestal gemengd met water, in concentraties afhankelijk van de behoefte: 30% glycol en de rest water, 35% glycol en de rest water, of indien nodig 50/50% met water.
☑️ Voor de nieuwsgierigen:
- Het kookpunt van etheenglycol is 197°C.
Nadelen van glycol in het systeem
Glycol heeft zijn voordelen en nadelen. Het is in de eerste plaats duurder dan water, wat vanzelfsprekend is. Voordat we besluiten het te gebruiken, moeten we weten dat glycol de warmteoverdracht beperkt. Het bevriest niet, wat betekent dat het ook niet zo gemakkelijk warmte afgeeft als water. Er wordt geschat dat de warmteoverdracht met 8% wordt verminderd bij een oplossing van 30% glycol en zelfs met 15% bij een oplossing van 50% glycol. Dit betekent een grotere traagheid van het systeem en een langere wachttijd voordat het opwarmt, evenals een iets hoger brandstofverbruik (dus hogere verwarmingskosten).
Dit verklaart waarom het wordt verdund: verdunde glycol bereikt de gewenste vriespuntbescherming en vermindert de nadelige eigenschappen (en... is goedkoper). Bovendien kan het verlies in warmteoverdracht, die 8-15%, grotendeels worden gecompenseerd door de warmtewisselaars en radiatoren te vergroten, wat echter leidt tot hogere investeringskosten.
✅ Glycol voor vloerverwarming - glycol voor radiatoren
Om de hierboven beschreven redenen kunnen we concluderen dat glycol zeker geen goede oplossing is voor vloerverwarming, maar eerder eventueel geschikt is voor standaard radiatorsystemen. Het gebruik van glycol in vloerverwarming kan ertoe leiden dat het opwarmen van een koud systeem een moeizaam proces wordt. Glycol is niet geschikt voor vloerverwarming en moet alleen in uiterste gevallen worden gebruikt, bijvoorbeeld in een zomerhuisje, maar we moeten ons bewust zijn van de nadelen ervan.
☑️ Het is een misvatting om te denken dat het verhogen van de druk in het systeem de thermische traagheid van glycol in vloerverwarming kan neutraliseren. De wetten van de fysica zijn hier helaas onoverwinnelijk.
✅ Het gebruik van glycol voor radiatoren heeft echter wel zin, als het al moet worden gebruikt. Glycol voor radiatoren is een betere oplossing dan voor vloerverwarming, omdat radiatoren slechts uit een dunne laag staal bestaan en geen betonnen vloer. De beperking van de warmteoverdracht veroorzaakt door glycol zal hier minder schadelijk zijn.
✅ Glycol voor warmtepomp - analyse
Misschien heb je dit artikel gevonden omdat je overweegt om glycol te gebruiken in de kringloop van een monoblock warmtepomp, omdat je deze suggestie hebt gehoord van een installateur of verkoper. Een monoblock warmtepomp, waarvan een deel buiten staat, loopt inderdaad het risico te bevriezen, wat tot vervelende financiële gevolgen kan leiden. Is het dus de moeite waard om glycol te gebruiken voor een warmtepomp?
Er zijn hier een paar aspecten die moeten worden overwogen, zoals het risico op bevriezing van de warmtepomp in ons klimaat. De belangrijkste oorzaken (naast strenge vorst) zijn stroomstoringen, waardoor het ontdooien (de zogenaamde defrost van de warmtepomp) niet kan worden uitgevoerd. In gebieden waar stroomstoringen voorkomen, is het dus verstandig om hierop voorbereid te zijn. Daarnaast moeten we niet vergeten dat een warmtepomp een apparaat is dat ons tien tot twintig jaar of langer van dienst moet zijn. We weten niet wat voor soort winter we over 10-15 of 20 jaar zullen hebben.
Bovendien is het elektriciteitsnet overbelast en hebben we te maken gehad met jaren van verwaarlozing. Volgens algemeen beschikbare informatie kan het probleem met de efficiëntie ervan in de komende jaren toenemen. Desondanks is het risico op bevriezing van warmtepompen in Nederland relatief laag in vergelijking met sommige regio's van Duitsland, Frankrijk (met name berggebieden) en zeker met Scandinavië.
Tot voor kort hielden we ook geen rekening met het risico van opzettelijke beschadiging van energie-infrastructuur of energiecentrales, zoals oorlogsdreiging (zie de oorlog in Oekraïne). Hoewel dit risico in Nederland nog steeds onwaarschijnlijk lijkt, kan het na de Russische agressie in Oekraïne de moeite waard zijn om deze factor in overweging te nemen.
Een derde, zeer belangrijk aspect zijn de fabrikanten van warmtepompen die het gebruik van glycol in de buitenkringloop van warmtepompen vereisen. Een dergelijke praktijk werd bijvoorbeeld ooit toegepast door het bedrijf Rotenso. Het is de moeite waard om te overwegen of het de moeite waard is om glycol voor de warmtepomp te gebruiken, vooral omdat dit niet alleen een aanbeveling, maar zelfs een vereiste van sommige fabrikanten is.
✅ Glycol voor warmtepomp - scheiding van watergebaseerd CV-systeem
Bij gebruik van glycol in een warmtepomp moet je er rekening mee houden dat het vullen van het hele huishoudelijke systeem met glycol niet wenselijk is vanwege de traagheid ervan. In dit geval is het raadzaam om het systeem te scheiden met een warmtewisselaar om onafhankelijke systemen te creëren: een glycolsysteem en een watersysteem die warmte met elkaar uitwisselen. Hierdoor zal het gebruik van glycol in de warmtepomp de kwaliteit van ons CV-systeem niet significant verminderen.
Het scheiden van het watersysteem van het glycolsysteem van de warmtepomp kan worden bereikt met behulp van een platenwarmtewisselaar. Hoewel dit de installatiekosten verhoogt, betaal je voor de volledige beveiliging van je monoblok. Dit moet in overweging worden genomen bij het beoordelen van het risico op bevriezing van de warmtepomp.
Een nadeel is dat de warmtewisselaars voor monoblock-warmtepompen met glycol relatief groot moeten zijn, dus het zijn geen kleine apparaten die 50 of 80 Euro kosten. De warmtewisselaar voor het glycolcircuit van de warmtepomp moet minimaal 1,5 m² aan plaatoppervlak hebben per 10 kW vermogen voor warmtepompen die werken bij ongeveer 50°C. Dergelijke warmtewisselaars beginnen qua prijs vanaf ongeveer 200 €, maar als ons warmtepompsysteem een laagtemperatuursysteem moet zijn (30-35°C), moeten de warmtewisselaars aanzienlijk groter zijn.
Laat een reactie achter