Warmtevraag berekenen

Warmtevraag berekenen: de stappen voor transmissie, ventilatie, zon en interne winsten

De warmtevraag van een gebouw is de jaarlijkse energiebehoefte om de binnentemperatuur op 20 °C te houden, uitgedrukt in kWh/(m²·jaar). U berekent deze door alle warmteverliezen (transmissie, ventilatie en infiltratie) te sommeren en daar alle warmtewinsten (zon en intern) van af te trekken. De kernformule volgens PHPP 9 (2017, gebaseerd op EN 13790) is:

[ Q_h = Q_{transmissie} + Q_{ventilatie} - \eta \cdot (Q_{zon} + Q_{intern}) ]

Waarbij (\eta) de benuttingsfactor voor warmtewinsten is. In een passiefhuis is de warmtevraag ≤ 15 kWh/(m²·jaar) (PHI, 2017).

1. Transmissieverlies berekenen

Het transmissieverlies is het warmteverlies door de gebouwschil (muren, daken, vloeren, ramen, deuren). U berekent dit per bouwdeel:

[ Q_{trans} = A \cdot U \cdot f_{k} \cdot (T_i - T_e) \cdot t ]

• (A) = oppervlakte in m²
• (U) = warmtedoorgangscoëfficiënt in W/(m²K)
• (f_k) = correctiefactor voor koudebruggen (ΔU = 0,05 W/(m²K) voor standaarddetails, tot 0,10 W/(m²K) bij slechte uitvoering (PHPP, 2017))
• (T_i) = binnentemperatuur (20 °C)
• (T_e) = buitentemperatuur (maandgemiddelde)
• (t) = aantal uren in de maand

De U-waarde is de maat voor de warmtedoorgang van een constructie. Een lage U-waarde is nodig, maar niet voldoende: de gemonteerde U-waarde is vaak 0,1-0,2 W/(m²K) hoger dan de fabriekswaarde door koudebruggen en montagefouten. Gebruik daarom altijd de gemonteerde U-waarde, inclusief koudebrugcorrectie.

Gevoeligheid: Een afwijking van 0,1 W/(m²K) in U-waarde op 100 m² gevel kost ongeveer 3 kWh/(m²·jaar) bij een temperatuurverschil van 20 K.

2. Ventilatieverlies berekenen

Ventilatieverlies bestaat uit gecontroleerde ventilatie en infiltratie (luchtdichtheid). De formule voor het ventilatieverlies:

[ Q_{vent} = \rho \cdot c_p \cdot V \cdot (T_i - T_e) \cdot t ]

• (\rho) = dichtheid lucht (1,2 kg/m³)
• (c_p) = soortelijke warmte lucht (1005 J/(kgK))
• (V) = ventilatiedebiet in m³/h (inclusief infiltratie)

Voor een passiefhuis wordt gerekend met een luchtdichtheid van n50 ≤ 0,6 h⁻¹ (PHI, 2017). Bij een standaard debiet van 0,4 m³/(m²·h) en een WTW-rendement van ≥ 75% (PHI, 2017) wordt het netto ventilatieverlies:

[ Q_{vent,netto} = (1 - \eta_{WTW}) \cdot Q_{vent} ]

De n50-waarde wordt gemeten met een BlowerDoor-test. De ontwerp-n50 van 0,3 h⁻¹ wordt in de praktijk vaak 0,4-0,6 h⁻¹ door lekkages bij doorvoeren en aansluitingen. Een verschil van 0,1 h⁻¹ in n50 leidt tot circa 2 kWh/(m²·jaar) extra warmtevraag.

Checklist ventilatie: - Gebruik type D (mechanische toe- en afvoer met WTW) met rendement ≥ 80% - Zorg voor een goede balancering en schone filters - Reken met een infiltratiedebiet gebaseerd op de gemeten n50-waarde

3. Zonnewinst berekenen

Zonnewinsten zijn de passieve warmte die via ramen binnenkomt. De formule per maand:

[ Q_{zon} = g \cdot A_{glas} \cdot I_{zon} \cdot F_{schaduw} ]

• (g) = zontoetredingsfactor (0,5-0,6 voor driedubbel glas met coating, productdeclaratie)
• (A_{glas}) = glasoppervlak in m²
• (I_{zon}) = zonne-instraling op het vlak in kWh/m² (maandgemiddelde, afhankelijk van oriëntatie)
• (F_{schaduw}) = schaduwreductiefactor (0,5-0,9, afhankelijk van overstekken, zonwering en oriëntatie (PHPP, 2017))

Zonwering is noodzakelijk: zonder buitenzonwering is de koellast in de zomer onbeheersbaar, ongeacht de isolatiedikte. In PHPP wordt de zomertoetredingsfactor (g-waarde) gemodelleerd met een reductiefactor voor de zonwering.

Gevoeligheid: Een g-waarde van 0,6 in plaats van 0,5 op 10 m² zuidglas (150 kWh/m² instraling) levert 150 kWh extra zonnewinst per jaar, ofwel 15 kWh/(m²·jaar) bij 10 m² gebruiksoppervlakte.

4. Interne winsten berekenen

Interne warmtewinsten komen van personen, apparaten en verlichting. PHPP 2017 hanteert voor woningen een gemiddelde van 2,1 W/m² gebruiksoppervlakte. Per persoon wordt gerekend met 80 W (PHPP, 2017). De totale interne winst per maand is:

[ Q_{intern} = (P_{pers} \cdot n_{pers} + P_{app}) \cdot t ]

• (P_{pers}) = 80 W per persoon
• (n_{pers}) = aantal personen (bij woningen gebaseerd op aantal slaapkamers)
• (P_{app}) = 2,1 W/m² gebruiksoppervlakte minus bijdrage personen

Gevoeligheid: Een verschil van 0,5 W/m² in interne winsten leidt tot circa 4 kWh/(m²·jaar) warmtevraag.

5. Benuttingsfactor en maandelijkse balans

Niet alle warmtewinsten worden benut: een deel gaat verloren als de temperatuur te hoog oploopt. De benuttingsfactor (\eta) wordt berekend met de verlies-winstverhouding (\gamma):

[ \gamma = \frac{Q_{verlies}}{Q_{winst}} ]

Voor (\gamma > 1) (meer verlies dan winst) is (\eta = 0,95) (PHPP 9, 2017). Voor (\gamma < 1) daalt (\eta) snel. In een passiefhuis is (\gamma) doorgaans 2-3, dus (\eta) ligt rond 0,95.

De maandelijkse balansmethode (PHPP 2017, NTA 8800:2023) sommeert per maand de verliezen en winsten. De jaarlijkse warmtevraag is de som van de positieve maandsaldi.

6. Warmtelast: de piek

Naast de warmtevraag (jaar) is de warmtelast (piekvermogen) bepalend voor het verwarmingssysteem. De warmtelast is het maximale vermogen dat nodig is bij de ontwerpbuitentemperatuur (-10 °C voor Nederland, PHPP 2017). De formule:

[ P_h = Q_{trans,ontwerp} + Q_{vent,ontwerp} - Q_{zon,ontwerp} - Q_{intern,ontwerp} ]

De passiefhuiseis voor warmtelast is ≤ 10 W/m² gebruiksoppervlakte (PHI, 2017). Een lage warmtevraag garandeert geen lage warmtelast: bij grote ramen op het zuiden kan de warmtelast in de winter pieken door de lage zoninstraling.

7. PHPP versus NTA 8800

PHPP (Passive House Planning Package) is het rekenblad van het Passive House Institute, ontworpen voor passiefhuisoptimalisatie. Het gebruikt een maandelijkse balansmethode (EN 13790) en rekent met standaardklimaten. NTA 8800:2023 is de Nederlandse norm voor BENG, verplicht voor nieuwbouw. Het onderscheid:

• PHPP is strenger (warmtevraag ≤ 15 kWh/(m²·jaar) versus BENG 1 ≤ 50 kWh/(m²·jaar))
• PHPP rekent met een dynamischer model voor warmtelast en zomercomfort
• NTA 8800 gebruikt qv10 voor luchtdichtheid, PHPP n50

Een PHI-certificaat voldoet niet automatisch aan BENG, en omgekeerd.