Elektroboilers

Wat is het?

Een elektroboiler is een boiler waarbij een elektrisch weerstandselement gebruikt wordt om sanitair warm water (SWW) op te warmen. Hierbij zijn twee opstellingen mogelijk. In de eerste opstelling is het weerstandselement ondergedompeld in het water (natte montage, zie Figuur 2). In de tweede opstelling wordt het element gemonteerd in een huls (droge montage).

Figuur 1: Een elektroboiler biedt relatief veel vrijheid qua plaatsingsmogelijkheden. Bron: Shutterstock.

Figuur 2: Onderdelen van een elektroboiler (natte montage).

In tegenstelling tot andere toestellen voor opwekking van SWW zoals bv. gasboilers, heeft een elektroboiler geen rookgasafvoer. Hierdoor biedt het concept relatief veel vrijheid qua plaatsingsmogelijkheden. Bovendien is een elektroboiler in aanschaf een relatief goedkoop toestel.

Hoe werkt het?

Het elektrische weerstandselement dat zich in de elektroboiler bevindt, wordt opgewarmd door een elektrische stroom. De warmte die hierdoor gegenereerd wordt, zal door natuurlijke convectie overgedragen worden aan het sanitair water dat zich boven het element bevindt. Het water onder het weerstandselement wordt nauwelijks verwarmd. Het opgewarmde water zal verder stijgen en zo ontstaat er een verticale temperatuursverdeling in de boiler: warmer water bovenaan en kouder water onderaan. Dit noemt men ‘stratificatie’ (zie Figuur 3).

Figuur 3: Schematische weergave van de stratificatie in een boiler. Wanneer warm water afgenomen wordt uit een ‘opgeladen’ boiler (links), verandert de verticale temperatuursverdeling.

Voor een goede werking van het toestel is een geschikt elektrisch aansluitingsvermogen nodig. Het verhogen van het aansluitingsvermogen leidt tot een kortere oplaadtijd. Toestellen met een kleiner aansluitingsvermogen hebben een langere oplaadtijd (voor een zelfde volume en insteltemperatuur).  Bij een correcte dimensionering en normaal gebruik zou dit geen probleem moeten zijn.  De oplading van het toestel gebeurt dan bijvoorbeeld ‘s nachts aan een lager elektriciteitstarief (exclusief nachttarief of dynamisch tarief). Afname van een hoger elektrisch vermogen, kan gepaard gaan met hogere elektriciteitstarieven (zie ook ‘Aandachtspunten’ onderaan deze pagina).

Digitale aansturing

Er bestaan verschillende mogelijkheden om een elektroboiler digitaal aan te sturen, bv. via een energiemanagementsysteem (EMS). Afhankelijk van de interface kan er ook monitoringinformatie verstuurd worden vanuit de elektroboiler.

Communicatie-interface van het toestel

Elektroboilers, zeker recentere toestellen, kunnen voorzien zijn van een digitale communicatie-interface. Zo zijn er boilers die door de fabrikant uitgerust zijn met een bekabelde (bv. Modbus) of draadloze interface (bv. Wi-Fi) en waarbij de gebruiker via een app van de fabrikant of een extern systeem zoals een EMS bepaalde instellingen kan aanpassen en gemonitorde parameters (bv. temperatuur) kan raadplegen.

Figuur 4: Recentere elektroboilers kunnen voorzien zijn van een digitale regelaar met communicatie-interface. Bron: Shutterstock.

Elektrische voeding van het toestel

Een rudimentaire vorm van aansturing bestaat erin het toestel in- of uit te schakelen via de elektrische voeding op toestelniveau (bv. met een daarvoor geschikt relais). Toestellen zonder digitale regeling (bv. met enkel een analoge thermostaat) zijn meestal geschikt voor deze manier van aansturen. Bij toestellen die over een digitale regelaar beschikken, hangt het er van af of hoe deze regelaar reageert op een stroomonderbreking. Het uitschakelen van de elektrische voeding via een relais is voor het toestel immers equivalent aan een stroomonderbreking.

Figuur 5: Elektroboilers zonder digitale regeling zijn meestal geschikt om aangestuurd te worden door het in- en uitschakelen van de elektrische voeding. Bron: Shutterstock

Elektrische voeding van het weerstandselement

Indien de elektrische contacten van het weerstandselement rechtstreeks toegankelijk zijn (zie bv. het weerstandselement in Figuur 6), kan dit element aangestuurd worden door een extern systeem. Zoals bij sturing via de elektrische voeding kan ook hier een aan/uit sturing gebruikt worden, bv. via een daarvoor geschikt relais. Een tweede mogelijkheid bestaat erin om het weerstandelement met een variabel vermogen aan te sturen (bv. via een modulerende voeding, zie Figuur 7).

Figuur 6: Indien de elektrische contacten van het weerstandselement rechtstreeks toegankelijk zijn, kan dit element aangestuurd worden door een extern systeem. Bron: Shutterstock.

Figuur 7: Module voor het modulerend aansturen van een elektrisch weerstandselement.

De rechtstreekse toegang tot het weerstandelement impliceert dat er geen gebruik gemaakt wordt van de interne regelaar om de temperatuur van het opslagvolume onder controle te houden. Het is dan ook belangrijk dat het externe systeem voor de nodige regeling en beveiliging zorgt (bv. via een externe temperatuursensor).

Aandachtspunten

Er zijn verschillende aandachtspunten bij de keuze en het gebruik van een elektroboiler.

Een boiler of opslagvat zal steeds een gedeelte van de opgeslagen warmte verliezen aan de omgeving waarin het toestel opgesteld staat. Dit noemt men de stilstandsverliezen. Om deze verliezen te beperken is een goede isolatie van het toestel en de in- en uitgaande leidingen nodig.

Het positioneren van de weerstand in de boiler is van belang. Het water boven de elektrische weerstand wordt verwarmd, maar dat eronder nauwelijks. Door gebruik te maken van deze eigenschap kan er plaatselijke verwarming optreden in de boiler. Deze eigenschap kan bv. ook toegepast worden voor naverwarming met een weerstandselement in zonneboilers en warmtepompboilers.

Stratificatie (zie Figuur 3) zorgt ervoor dat bovenaan de boiler warm water afgetapt kan worden terwijl onderaan de temperatuur lager blijft. Een voordeel hiervan is dat de stilstandsverliezen gereduceerd kunnen worden, maar dit betekent ook dat de hoeveelheid water op de gewenste temperatuur kleiner is dan de inhoud van de boiler. Bij de aansturing van de boiler, bv. binnen een toepassing zoals dynamische productie en opslag van SWW, moet hier dan ook rekening mee gehouden worden.

Indien het volledige opslagvolume niet continu op 60°C gehouden wordt, is het aanbevolen om het risico op legionella-ontwikkeling te beperken door dit opslagvolume minstens 1x per week gedurende minstens 1u volledig op te warmen naar 60°C.

Het omzettingsrendement van elektrische energie naar warmte in een elektroboiler bedraagt 100%. Bij een warmtepompboiler wordt warmte onttrokken uit de omgeving, waardoor het rendement hoger ligt.

Om de elektriciteitskosten onder controle te houden, is voor toestellen met een relatief groot elektrisch verbruik (zoals een elektroboiler) een slimme sturing belangrijk om het verbruik af te stemmen op de beschikbaarheid van lokaal opgewekte energie en eventuele dynamische elektriciteitstarieven. Zie de fiche over dynamische productie en opslag van SWW voor meer informatie hierover.

Op gebied van elektriciteitstarieven is het belangrijk om te weten dat het exclusieve nachttarief in Vlaanderen afgeschaft zal worden (zie ‘Meer informatie’) en dat voorzien is dat vanaf 2023 ook het capaciteitstarief ingevoerd wordt. Zie de pagina over opvolging van energieverbruik en -kosten voor meer informatie hierover. Door de invoering van het capaciteitstarief kan het langdurig (meer dan 15 min) afnemen van grote elektrische vermogens (meer dan 2.5 kW ter hoogte van de digitale hoofdmeter) gepaard gaan met een bijkomende kost, waardoor (niet-dynamisch aangestuurde) elektroboilers met een hoog elektrisch aansluitingsvermogen tot hogere energiekosten kunnen leiden voor de gebruiker.

Wanneer men elektroboilers met een ingebouwde communicatie-interface wil gebruiken voor het realiseren van slimme toepassingen waarbij interactie nodig is met andere systemen (zoals bv. een EMS), is het belangrijk dat de aanwezige interface deze interactie toelaat. Interoperabiliteit, compatibiliteit en openheid zijn hierbij belangrijke aandachtspunten Zie ‘Meer informatie’ voor een link naar een publicatie over dit thema. Een toestel met een eigen communicatie-interface zal meestal een eerder geavanceerde digitale regeling hebben, waardoor een aan/uit sturing of een rechtstreeks aansturing van het weerstandselement vaak niet mogelijk is.

Meer informatie