artikel

Fysische eigenschappen ijs basis nieuw bronsysteem

Bronnen

Als bron voor een warmtepomp zullen ontwerpers niet gauw aan ijs denken. Toch is ijs geschikt voor deze toepassing. Dat komt door de fysische eigenschappen; bij ijsvorming komt relatief veel energie vrij, en andersom kost het smelten van ijs veel energie. Een nieuw bronsysteem maakt gebruik van deze eigenschappen.

Fysische eigenschappen ijs basis nieuw bronsysteem

Tekst: Katja van Roosmalen en Viesmann

Het bronsysteem met ijs, dat door Viessmann is ontwikkeld en op de markt gebracht, bestaat uit een reservoir met ingebouwde warmtewisselaars. Het wordt ingegraven in de tuin en gevuld met gewoon leidingwater. Op het dak van een bijbehorende woning of gebouw worden speciale zon-luchtabsorbers gemonteerd die warmte uit omgevingslucht en zoninstraling verzamelen en naar het reservoir voeren.

Buisabsorbers
De zon-luchtabsorbers zijn laagtemperatuur buisabsorbers en kunnen zonder glasafdekking op een plat of hellend dak gemonteerd worden. Daarnaast ontvangt de ijsbuffer ook beperkt warmte vanuit de bodem. De warmtepompregeling kiest afhankelijk van het temperatuuraanbod of de absorbers danwel de ijsbuffer gebruikt wordt als primaire bron voor de warmtepomp. Wanneer de zon-luchtabsorbers onvoldoende energie ontvangen, schakelt de warmtepomp over naar de in de ijsbuffer opgeslagen energie.

Oneindige energiebron
De warmte wordt stap voor stap via de warmtepomp aan het reservoir onttrokken en het water wordt afgekoeld tot 0°C. Als een liter water met 1 Kelvin afgekoeld wordt, dan komt 1,163 Wh energie vrij. Daalt de temperatuur in de ijsbuffer onder het vriespunt, dan wordt deze faseovergang van water naar ijs benut voor verdere energiewinning – vandaar de naam ijsbuffer.

De temperatuur blijft hierbij constant op 0°C, maar er komt 93,0 Wh energie vrij die door de warmtepomp gebruikt kan worden. Dit komt overeen met de energie die vrijkomt als water van 80°C afgekoeld wordt tot 0°C.

Regeneratie energie
Bij de overgang van water naar ijs komt evenveel energie vrij als bij het omgekeerde proces – het ontdooien – benodigd is. Door regeneratie van energie uit zon en lucht is deze energiebron nagenoeg oneindig beschikbaar. Een zinvolle manier om het primaire bronsysteem te optimaliseren is het gebruik van het ijsreservoir voor natuurlijke koeling tijdens de zomermaanden. De warmte uit de woning wordt zo weer opgeslagen in het reservoir en dient in de winter weer als aanvoer voor de warmtepomp.

Gesloten systeem
Het ijsbuffersysteem is een gesloten systeem, wat een oplossing kan bieden voor gebieden waar geen bronboring gedaan kan of mag worden, bijvoorbeeld vanwege aardkundige monumenten of waterwinning. Vanwege het gesloten systeem vallen projecten met ijsbuffer daarom niet onder de verplichte certificering voor het installeren van bodemgebonden warmtepompen.

Woningtoepassing
Een bedrijf dat met het ijsbuffersysteem van Viessmann aan de slag is gegaan is turnkey duurzaam installatiebedrijf Kodi. Het bedrijf is inmiddels drie projecten verder. Een van de projecten betreft een woning met een verwarmd buitenzwembad.

Omdat de bewoners in de zomer veel warmte nodig hebben voor de verwarming van het water is het systeem hier volgens Kodi zeer efficiënt. Daardoor is de terugverdientijd volgens het bedrijf ongeveer gelijk aan andere bodemsystemen. Een ander project waar Kodi de ijsbuffer heeft toegepast is bij een zelfvoorzienende woning in Zeewolde. Bij deze woning was een bodemsysteem met geboorde wisselaars niet toegestaan en de ijsbuffer wel.

IJsbuffersysteem

Off-grid
De bewoner had daarnaast de duidelijke wens om off-grid te wonen, maar wilde ook luxe in de woning, zoals een bubbelbad. Er is een battery wall van 60 kWh geplaatst die kan worden verhoogd tot 180 kWh of meer. Voor de warmtevoorziening zijn onder de pv-panelen – die als het ware zweven op het dak – zon-luchtabsorbers geplaatst, die warmte aan de lucht onttrekken en tegelijkertijd de pv-panelen koelen. Onder de carport is de ijsbuffer geplaatst.

Monitoring
Meestal wordt de ijsbuffer in de tuin gerealiseerd, maar ondanks de beperkte afmetingen – 3,5 meter hoog en een doorsnee van 2,5 meter – was daar in dit geval geen plaats voor. Daarnaast maakt de plaats van de buffer niet heel veel uit, zo lang er maar een mogelijkheid is om erbij te kunnen en hij niet direct naast een watervoerende leiding wordt geplaatst.

De ijsbuffer reageert namelijk maar beperkt op de temperatuur van de bodem. Toch gaat Kodi niet over één nacht ijs. Het bedrijf monitort de ijsbuffer en wil de bevindingen volgend jaar voorleggen aan de provincie en het waterschap. Om deze reden zijn er in de aanvoer- en retourleiding sensoren geplaatst en ook in en om de buffer. Het gehele project is gehonoreerd middels een onderzoeksubsidie van de provincie Noord-Holland.

Reageer op dit artikel