Een of twee aquarium- verwarmingen?

Voor het verwarmen van een aquarium worden meestal aquarium staafverwarmingen gebruikt. Maar wat is de beste optie, één aquarium staafverwarming van 300 Watt of twee van 150 Watt?

Het kiezen van de juiste aquariumverwarming lijkt niet zo moeilijk, aangezien de fabrikanten op de verpakking aangeven voor welke aquariumgrootte zij geschikt zijn. Op zich is daar niets mis mee, zolang je maar niet verschillende fabrikanten gaat vergelijken! Als je een JBL- met een EHEIM-aquarium staafverwarming gaat vergelijken, dan valt als eerste op dat de maximale watertemperatuur van 34°C hetzelfde is. Voor de mensen die hun aquarium in een minder verwarmde omgeving hebben staan zou een EHEIM met minimale watertemperatuur 18°C gunstiger zijn.

Als je het aquariumvolume met de gewenste wattage per merk gaat vergelijken dan zijn de verschillen zeer groot. Het lijkt net alsof de fabrikanten de waarden uit hun duim zuigen! Stel dat je een aquarium hebt van 1000 liter. Voor het verwarmen van dit aquarium heb je volgens EHEIM maar één ‘Precision heater 300’ nodig. Kies je voor JBL-aquariumverwarmingen dan heb je minimaal drie ‘ProTemp S 300’ verwarmingen nodig. Je zou bijna denken dat de EHEIM ‘Precision heater 300’ bijna drie keer zo zuinig is! Het zou mooi zijn, maar er zijn meer variabelen die invloed hebben op de keuze

Voordat je een keuze maakt voor de beste aquariumverwarming, moet je eerst weten waar de verschillen in zitten. In het artikel ‘Kies de juiste aquariumverwarming’ kan je een groot aantal kenmerken met elkaar vergelijken. Afgezien van de wattage van de verwarming moet je ook bepalen hoelang het duurt voordat de gewenste temperatuur wordt bereikt. Met een paar simpele berekeningen kan je zelf uitrekenen hoelang het duurt voordat de gewenste temperatuur wordt bereikt.

Intermezzo: De calorie is een verouderde eenheid voor energie of warmte. De calorie is officieel vervangen door de joule, maar vooral in de voedingsindustrie is de calorie een nog veelgebruikte maat voor een hoeveelheid energie. Terwijl voor de SI-eenheid joule (kg·m²/s²) een eenduidige definitie bestaat, werden er voor de calorie verschillende waarden gehanteerd. Deze waarden zijn deels bepaald door de manier van meten zoals: de hoeveelheid warmte die nodig is om bij een normale atmosferische druk van 1013 hPa, 1 gram water van 14,5 °C naar 15,5 °C te laten stijgen (aangegeven met het symbool cal₁₅), 1 cal₁₅ = 4,1858 joule.

Voor aquarianen zijn bruikbare eenheden aquariumgrootte in liters, temperatuurverschillen in graden Celsius en staafverwarmingvermogens in Watts. Exacte waarden hoeven niet tot op vijf decimalen nauwkeurig te zijn. De atmosferische druk van 1013 hPa nemen we als gegeven. De dichtheid van water wordt afgerond naar 1 kg/liter en 4,1858 joule naar 4200 joule. Voor energie in joule gebruik je onderstaande definitie.

1 liter water 1 °C op te warmen heb je 4200 joule aan energie nodig. (afgerond)

Voordat wij de hoeveel energie in Watt kunnen opgeven, moeten wij de formule aanpassen:

1 uur = 3600 sec

1 Watt = 1 Joule/sec

Formule P=E/t

4200 J / 3600 sec = 1,17 Watt in één uur per liter

Verbruikte vermogen (Watt) = Volumen (l) x Temperatuur verschil (°C ) x 1,17 Watt (afgerond)

Vraagstelling

Je wilt je aquarium met een watervolume van 1000 liter van 25°C naar 28°C verwarmen en de energieleveranciers vragen voor elke kWh € 0,20.

Berekeningen

1. Hoeveel energie (Joule) kost het opwarmen van het aquarium?
   Temperatuurverschil (Δt) = gewenste temperatuur (°C) – starttemperatuur (°C)
   Δt = 28 – 25 = 3°C
   Hoeveel energie (J) = volume water (l) x Δt temperatuurverschil (°C) x 4200 (J)
   1000 x 3 x 4200 = 12.600.000 Joule > 12,6 MJ (megajoule)
   .
2. Hoeveel kWh wordt er verbruikt voor het opwarmen van het aquarium?
   Verbruikt vermogen (Watt) = volumen (l) x temperatuurverschil (°C ) x 1,17 Watt
   1000 x 3 x 1,17 = 3510 Watt > 3,51 kWh
   .
3. Wat zijn de kosten voor het opwarmen van het aquarium?
   Energiekosten in Euro’s: 3,51 kWh x 0,20 € = 0,70 € (afgerond)
   .
4. Hoe snel kunnen de verschillende aquarium staafverwarmingen het water opwarmen?
   Als je het aquarium in 1 uur 3°C wilt verwarmen, dan heb je een aquarium staafverwarming nodig van 3510 Watt.
   
   Benodigde tijd van 1 aquarium staafverwarming van 150 Watt:
   3510 Watt : 150 Watt = 23,4 uur
   
   Benodigde tijd van 2 aquarium staafverwarmingen á 150 Watt:
   3510 Watt : (2 x 150 Watt) = 11,7 uur (zonder schakelmomentverschil)Benodigde tijd van 1 aquarium staafverwarming van 300 Watt:
   3510 Watt : 300 Watt = 11,7 uur
   .
   
5. Wat is het voordeligst, één aquarium staafverwarming van 150 Watt, 300 Watt of 2 x 150 Watt? 
   Of je nu verwarmt met een aquarium staafverwarming van 150 Watt of een van 300 Watt, de benodigde hoeveelheid energie voor het verwarmen blijft hetzelfde. Het enige verschil is dat één aquarium staafverwarming van 150 Watt er twee keer zolang over doet.

Het aquariumwater moet op temperatuur gehouden worden. De grafiek toont dat de watertemperatuur na het verwarmen iets daalt, waarna de verwarming weer aanspringt. Zodra de gewenste temperatuur is bereikt, stopt de verwarming. Bij een temperatuurdaling van 0,3 °C duurt het opwarmen met een 300 Watt aquariumstaafverwarming 48 minuten. Een 150 Watt versie neemt twee keer zo lang. Er is geen verschil tussen de EHEIM ‘Precision heater 300’ en de JBL ‘ProTemp S 300’, beide hebben 300 Watt vermogen. JBL wil echter een kortere verwarmingstijd, afgeleid uit de maximale aquariumgrootte van 400 liter.

Omgevingstemperatuur

De herteltijd om de temperatuur te handhaven is een van de factoren waarmee je rekening moet houden bij de keuze van de aquarium staafverwarming. Nu mag je de invloed van de omgevingstemperatuur en de warmteverliezen niet onderschatten. Wanneer wij een gemiddelde kamertemperatuur van 19°C als uitgangspunt nemen, dan moeten wij in het bovenstaande voorbeeld het water van 19 °C naar 28°C verwarmen (Δt = 9°C). Nu moet je ook rekening houden met een minimale kamertemperatuur van 17 °C. Deze minimale kamertemperatuur wordt hoofdzakelijk alleen in de wintermaanden bereikt als ‘s nachts de kamerverwarming op een laag pitje staat. Kies je een te laag vermogen van je aquariumverwarming , dan is de kans groot dat de gewenste watertemperatuur niet gehandhaafd wordt. Je zal niet de eerste zijn die er in de wintermaanden een verwarming bij moet plaatsen omdat de warmteverliezen zo groot zijn dat de gewenste watertemperatuur niet wordt bereikt.

Opmerkingen: Alleen Hydor heeft het over een temperatuurverschil (Δt). De overige fabrikanten gaan ervan uit dat de gemiddelde kamertemperatuur 19°C is.

Nauwkeurigheid temperatuurregeling

Wanneer de regelprecisie van een ‘EHEIM Precision heater’ wordt bekeken, kan de ingestelde temperatuur +/- 0,5°C afwijken. Dit kan worden geïnterpreteerd als een hysterese van 0,5°C. Een ontwerper van een aquarium staafverwarming moet een zekere hysterese inbouwen. Zodra de ingestelde watertemperatuur is bereikt, moet het verwarmingselement zichzelf uitschakelen. Indien de hysterese te klein is, bijvoorbeeld 0,1 °C, gaat het verwarmingselement weer aan bij een temperatuurverlaging van 0,1 °C. Bij een temperatuurstijging van 0,1 °C gaat het element weer aan.

Een te kleine hysterese zorgt ervoor dat de temperatuur binnen de staafverwarming sneller stijgt dan die van het aquariumwater. Het resultaat is dat de verwarming met korte tussenpauzen aan- en uitschakelt, wat leidt tot ongewenste slijtage van de schakelcontacten en het verwarmingselement. Praktijktesten hebben aangetoond dat het verwarmen van kleine temperatuurdalingen twee keer zo lang kan duren vanwege het snelle aan- en uitschakelen van de verwarming. Gebruikers zullen dit echter niet snel merken omdat zij geen vergelijkingsmateriaal hebben.

Daarnaast kan de temperatuurindicatie +/- 0,5°C afwijken van de werkelijke aquariumwatertemperatuur. Dit komt onder andere door de toegestane toleranties tijdens het fabrieksmatig afstellen van de temperatuurregeling. Het is mogelijk om deze tolerantie te verkleinen, maar dat zou de productiekosten aanzienlijk verhogen. Voor meer nauwkeurigheid is een elektronisch geregelde staafverwarming een betere optie.

Wat zijn de voordelen van twee aquarium staafverwarmingen in plaats van één?

Uit de bovenstaande berekeningen kan geconcludeerd worden dat er geen verschillen zijn zolang het totale afgegeven vermogen hetzelfde is. In de praktijk kunnen echter wel verschillen worden waargenomen. Deze verschillen kunnen onder andere veroorzaakt worden door een afwijking in de temperatuurregeling van +/- 0,5°C. Bij gebruik van twee aquarium staafverwarmingen is de kans klein dat beide verwarmingen exact op hetzelfde moment aan- of uitschakelen. Theoretisch kan er een schakelmomentverschil van 1°C ontstaan. Dit resulteert erin dat een van de verwarmingen als ‘master’ gaat fungeren en de ‘slave’ alleen inschakelt wanneer de watertemperatuur zakt tot een niveau waar de ‘master’ verwarming de gewenste temperatuur niet kan handhaven.

Voordelen:

• Bij een sterk dalende watertemperatuur zal de ‘slave’ verwarming ook inschakelen, waardoor de opwarmtijd gehalveerd wordt.
• Betere warmteverdeling indien de verwarmingen op verschillende locaties geplaatst worden.

Nadelen:

• De kosten zijn dubbel zo hoog.
• De kans op storing is eveneens dubbel zo groot.
• Een ‘master’ en ‘slave’ situatie kan ervoor zorgen dat de opwarmtijd verdubbeld.

Temperatuur regeling met thermostaat

Voor optimaal gebruik van twee aquarium staafverwarmingen is een externe temperatuurcontroller aan te raden. Simpele controllers handhaven alleen de temperatuur, terwijl luxere modellen meerdere verwarmingselementen, instelbare hysterese, alarmfuncties en dag- en nachtprogramma’s hebben. Vaak wordt een staafverwarming gecombineerd met bodemverwarming, vooral in beplante aquaria.
Je kunt ook twee standaard verstelbare staafverwarmingen gebruiken zonder ‘master’ en ‘slave’. Stel ze dan twee graden hoger in dan gewenst. Een goede temperatuurcontroller zorgt voor nauwkeurigheid tot 0,1 °C dankzij een externe sensor.

Voordelen:

• Nauwkeurige temperatuurregeling tot op 0,1 °C.
• Het maximale vermogen wordt optimaal benut doordat er geen onderscheid is tussen ‘master’ en ‘slave’.

Aquarium watertemperatuur meten

Vertrouw niet alleen op de temperatuuraanduiding van aquarium staafverwarmingen; controleer ook de werkelijke watertemperatuur dagelijks. De temperatuur kan afwijken door onjuiste kalibratie, verkeerde instellingen of gebruikersfouten zoals vergeten de stekker in te steken na onderhoud. Aquarium staafverwarmingen gaan niet eeuwig mee, dus regelmatige controle is belangrijk.
Een vloeistofthermometer is een goedkope en voldoende nauwkeurige optie. Ondanks de schaalverdeling van één graad Celsius, geeft het een goede indicatie van de temperatuur. Digitale thermometers zijn goed afleesbaar en hebben een meetbereik van 5°C tot +50°C met een nauwkeurigheid van ±0,5°C, maar vereisen jaarlijkse batterijvervanging.