De Billitonflat in Vlaardingen was drie jaar geleden een van de eerste gebouwen in Nederland die werden voorzien van een warmtepomp met koudemiddel CO₂ voor verwarming en warmtapwater-bereiding. Het project vormde de vuurdoop voor de Caldameg-warmtepompen van het Nederlandse bedrijf Global-E-Systems. Deze leverancier verkoopt de opwekker altijd in combinatie met buffervaten, voor de gelaagde opslag van cv-water.

Hoge aanvoertemperatuur

Met het natuurlijke koudemiddel CO₂ (GWP 1) is het eenvoudig om een hoge druk en dus hoge gastemperatuur te halen. Dat komt door de relatief lage kritische temperatuur (32 °C) waardoor het koudemiddel niet condenseert. Het koudemiddel geeft zijn warmte af in een gaskoeler in plaats van een condensor. “In de gaskoeler moet je zorgen voor een zo groot mogelijk temperatuurverschil. Daar ga je het verschil mee maken,” vat Arjan Boonstoppel van Boonstoppel Engineering de werking samen. Naast de hoge aanvoertemperatuur benadrukt hij de milieuvriendelijkheid van het koudemiddel. “Het is het meest duurzame gas dat je hebt.”

Vooraanzicht van de Billitonflat.

Verduurzamen van woongebouwen

Boonstoppel zit veel aan tafel bij woningcorporaties die een stap willen zetten in het gasloos maken van woningen en woongebouwen. In Vlaardingen heeft woningverhuurder Waterweg Wonen de ambitie om het woningbezit stap voor stap te verduurzamen en kiest daar jaarlijks meerdere complexen voor uit. Per situatie wordt gekeken naar de beste oplossing, vertelt Boonstoppel. Soms is dat biomassa, soms een laagtemperatuur-warmtepomp en sinds een paar jaar is de hoogtemperatuur-warmtepomp aan het portofolio van Boonstoppel toegevoegd. Hij heeft hem inmiddels diverse keren succesvol ingezet bij woningcorporaties. Het grote voordeel ervan is dat de bestaande radiatoren kunnen blijven hangen.

Hoogtemperatuur-warmtepomp ook geschikt voor corporatiewoningen
Hoogtemperatuur-warmtepompen (HT) zijn in opmars in Nederland. Zo bracht Daikin onlangs een nieuwe serie HT-warmtepompen op de markt waarin verbeteringen zijn doorgevoerd ten opzichte van de vorige HT-modellen. De serie bevat naast grotere ook kleinere vermogens; daarmee kunnen onder meer huurwoningen van woningcorporaties zonder ingrijpende aanpassingen van het gas af.
Lees meer hierover in dit artikel.

De zes buffervaten zijn in serie aangesloten.

Seriegeschakelde buffervaten

Onderdeel van de Caldameg CO₂-warmtepompinstallatie is het buffervat. Het systeem gebruikt zelfs meerdere buffervaten, in serie geschakeld om gelaagdheid in de temperatuur te krijgen. Door de buffervaten kunnen de twee warmtepompen bij de Billitonflat zo lang mogelijk aaneengesloten draaien, wat gunstig is voor het rendement. Een nog belangrijker voordeel van de serieschakeling van buffervaten is dat een zo laag mogelijke retourtemperatuur wordt gecreëerd.

Retourtemperatuur lager dan 40 °C

Een hoge watertemperatuur tot 80/85 °C is met CO₂-warmtepompen mogelijk, maar de retourtemperatuur moet voor een efficiënte werking lager zijn dan 40 °C. Volgens Boonstoppel vereist dat een denkomslag bij het inpassen in een bestaande situatie waarbij de radiatoren, hoogtemperatuur dus, blijven gehandhaafd. Buffervaten vormen een wezenlijk onderdeel van de installatie. “Deze warmtepomp kan nooit zonder thermische opslag.”

Caldameg CO₂-warmtepompen
Het Nederlandse Global-E-Systems levert vier verschillende CO2-warmtepompen, met vermogens van 4,5 tot 140 kW. Het gaat om monoblock lucht/water-warmtepompen. De toestellen zijn in Nederland ontworpen en worden in China geassembleerd. Het kleinste toestel is bedoeld voor individuele woonhuizen. Met de grotere warmtepompen van 35, 70 en 140 kW richt het bedrijf zich op het (gedeeltelijk) gasloos maken van bestaande appartementsgebouwen en utiliteitsgebouwen zoals sporthallen en scholen. Cruciaal onderdeel van de warmtepomp is de toevoeging van één of meerdere buffervaten. Om deze buffervaten in afmeting te verkleinen, worden ze gevuld met PCM-bollen. Door dit fase-overgangsmateriaal verdrievoudigt de effectieve waterinhoud. Overigens richt Global-E-Systems zich niet alleen op bestaande gebouwen met een hoogtemperatuur-afgiftesysteem. Onlangs werd in Giessenburg een nieuwe sporthal geopend, voorzien van een Caldameg-warmtepomp van 35 kW voor verwarming en tapwater. Deze warmtepomp is gekoppeld aan drie PCM-buffervaten van elk 500 liter, en een boiler met een inhoud van 1.000 liter voor warm douchewater. Als back-up zijn één buffer en de tapwaterboiler voorzien van elektrische verwarmingselementen.

CV-ketel voor koude dagen, omringd door buffervaten.

Hybride systeem met VR-ketels

Bij de Billitonflat is gekozen voor een hybride opstelling met twee warmtepompen van elke 140 kW en twee VR-ketels van Remeha. Dat kwam in deze situatie het beste uit, vertelt Boonstoppel. De twee HR-ketels waren aan vervanging toe, de twee bestaande VR-ketels (verbeterd rendement) die alleen bijspringen bij lage buitentemperaturen waren door hun lagere aantal branduren nog in prima staat. In de nieuwe situatie zijn de HR-ketels vervangen door de twee CO₂-warmtepompen, terwijl de VR-ketels opnieuw de piekfunctie vervullen. Zo’n 70 procent van de tijd doen de HT-warmtepompen het zelfstandig af. Alleen bij een buitentemperatuur lager dan -1 °C komen de cv-ketels in. Ze staan in serie met de warmtepompen en geven het cv-water een extra temperatuurboost.

‘Gasloos’ in een later stadium

In dit geval is voor een hybride oplossing in plaats van volledig all-electric gekozen omdat de investering anders een stuk hoger zou zijn en vier in plaats van twee warmtepompen op het dak moesten worden geplaatst. Als op een later moment het gebouw extra isolatie krijgt of modern HR++-glas, komt ‘gasloos’ met het huidige warmtepompvermogen automatisch dichterbij. Technisch gezien is er geen enkele reden om gasketels achter de hand te houden, verduidelijkt Boonstoppel. “De warmtepompen werken bij een buitentemperatuur tot -25 °C. Dat is ook de mooie eigenschap van CO2. Het rendement loopt bij een dalende buitentemperatuur niet sterk terug.”

Afleversets met tapwaterlevering

De achterliggende installatie in de Billitonflat is nauwelijks aangepast. Alleen de afleversetjes in de 134 woningen zijn vernieuwd en uitgebreid met tapwaterlevering. In de oude situatie zorgden de gasketels louter voor ruimteverwarming in de woningen. Voor warm tapwater hing in elk appartement een elektrische boiler. Met de komst van nieuwe afleversets met tapwaterwisselaars zijn de boilers weggehaald. Door de tapwaterbereiding daalt meteen de temperatuur van het retourwater, wat gunstig is voor de CO₂-warmtepomp.

Virtuele megabuffervaten

In de technische ruimte van de Billitonflat zijn maar liefst zes buffervaten van elke 3.000 liter opgesteld. De vulling met accumulerende PCM-bollen vergroot de inhoud virtueel met een factor 3. “Eigenlijk staat hier dus zes keer 10.000 liter aan buffer”, aldus Boonstoppel. De virtuele megabuffervaten vormen een serieschakeling. Het achterliggende afgiftesysteem haalt zijn warmte uit het eerste vat en pompt het retour in één van de middelste vaten. De warmtepomp draait net zo lang tot alle buffers op temperatuur zijn, en daarna slaat hij af.

Overzichtspaneel van de warmtepompen.

Gemiddelde COP van 3

Door de gelaagde bufferring van cv-water halen de warmtepompen een gemiddelde COP van 3. Dat komt ook doordat in de winter de retourtemperatuur ondanks de serieschakeling van buffervaten kan oplopen. Als in de winter de warmtepompen vermogen tekort komen en er niet in slagen om de hoge eindtemperatuur te halen, schakelen de cv-ketels bij. Die staan in serie met de warmtepompen om de aanvoertemperatuur weer op de gewenste 80 °C te brengen.

Alternatief voor biomassa

Boonstoppel gebruikt de hoogtemperatuur-warmtepompen steeds vaker als alternatief voor biomassa. Dat was tot voor kort de enige duurzame manier om een bestaand hoogtemperatuur-verwarmingssysteem te voeden. Door de negatieve tendensen rond houtstook sluiten VvE’s en woningverhuurders biomassa steeds vaker uit als alternatief voor aardgas. Bovendien krijgt een biomassa-installatie moeilijker een vergunning.

Geen grote bouwkundige ingreep

Met de keuze voor een hoogtemperatuur-warmtepomp hoeven eigenaren van appartementsgebouwen in eerste instantie niet meteen een grote bouwkundige ingreep door te voeren. Na-isolatie komt per appartement vaak op tienduizenden euro’s uit en dat is niet altijd rendabel te maken, vult Erik Reurings van Reurings Vastgoeddiensten aan. De hoogtemperatuur-warmtepomp maakt het mogelijk dat bij appartementsgebouwen op natuurlijke momenten de schil en beglazing worden aangepakt.

Gerelateerde artikelen over hoogtemperatuurwarmtepompen