Doordat mensen steeds meer tijd in hun huis doorbrengen – dat was ook vóór de coronacrisis al zo – wordt steeds duidelijker dat het binnenklimaat van veel Nederlandse woningen te wensen overlaat, stelt Daniël Tulp, medeoprichter en CEO van ZeroHome. “Behalve aan de energietransitie moet in de gebouwde omgeving ook aan verbetering van het binnenmilieu worden gewerkt. Uit allerlei onderzoeken blijkt dat in veel huizen te hoge concentraties vocht, stof en schimmels aanwezig zijn, met luchtwegklachten als gevolg. Met ons systeem willen we beide uitdagingen – energiezuiniger woningen en een beter binnenklimaat – aanpakken, op een manier waarbij het comfort van bewoners centraal staat.”

All-electric totaaloplossing

Op basis van die doelstelling ontwikkelde het bedrijf van Tulp een totaaloplossing voor verwarming, koeling en ventilatie: de gepatenteerde ZeroHome 500. In een notendop bestaat dit systeem uit een binnenunit met daarin een lucht/lucht-warmtepomp en balansventilatie met warmteterugwinning, luchtkanalen en aan- en afvoerroosters, een buitendeel en een slim regelsysteem. Het systeem heeft een maximaal vermogen van 6,8 kW bij verwarming en 5,1 kW bij koeling. Voor het maken van warmtapwater moet de eindgebruiker zelf een aanvullende oplossing kiezen. ZeroHome in dat kader projecten gerealiseerd met DC/AC-boilers (waarover later meer) en met een PCM-boiler. Bij die laatste optie slaat ‘phase change material’ energie op om het bij tapwatervraag weer af te geven zodat met tussenkomst van een wamtewisselaar water wordt verwarmd.

‘Evenveel ruimtebeslag als een traditionele cv-ketel’

De binnenunit neemt volgens Daniël Tulp evenveel ruimte in als een cv-ketel met expansievat.

Volgens ZeroHome neemt de binnenunit van de installatie – exclusief boiler – net zo veel ruimte in als een traditionele cv-ketel met expansievat. Bij de ontwikkeling ervan werkte het bedrijf samen met partijen als Toshiba (dat de buitenunit levert), HC Group (voor de binnenunit met het ventilatiedeel) en Digicontrol/Bosch (verantwoordelijk voor de digitale aansturing). Het resultaat is volgens Tulp een systeem dat woningen all-electric van gefilterde en geconditioneerde buitenlucht voorziet en dat automatisch wordt aangestuurd door een zelflerende regeling.

Zelflerende regeling

“Het gepatenteerde regelsysteem is voorzien van slimme software die meer dan vijftig parameters monitort”, vertelt Tulp. “Het stuurt daarbij onder andere op temperatuur en luchtvochtigheid, en anders dan traditionele CO2-balansventilatiesystemen ook op VOC-waarden (Vluchtige Organische Componenten, -red.). Zodra de concentratie daarvan oploopt, wordt er extra geventileerd. Dat gebeurt als er meer mensen in huis zijn, maar bijvoorbeeld ook als er in huis wordt geschilderd, want ook daarbij wordt de concentratie VOC’s hoger.” Het enige dat de bewoner volgens Tulp hoeft te doen, is de gewenste temperatuur instellen: “De slimme regeling van het systeem ‘weet’ daarna wat met behoud van een gezond binnenklimaat nodig is om het gewenste behaaglijkheidsniveau te realiseren, en stuurt dan aan op meer of minder aanvoer van verse lucht en afvoer van retourlucht.”

Tocht door gelamineerde luchtlagen

Een belangrijk uitgangspunt bij de ontwikkeling van het systeem was dat tochtklachten koste wat het kost moeten worden voorkomen. Bij luchtverwarming- en koeling kan tocht ontstaan door luchtstromen die mede worden veroorzaakt door ‘gelamineerde luchtlagen’. Bij traditionele luchtverwarming ontstaan deze lagen doordat warme lucht opstijgt, in een hogere laag terechtkomt en niet wordt vermengd met lagen eronder. Net als roosters die te hard inblazen kan deze thermische luchtbeweging tocht veroorzaken.

Diffuse ventilatie

Om dit te voorkomen, is bij de ontwikkeling van het ZeroHome-systeem gebruikgemaakt van wetenschappelijke principes, vertelt Tulp: “Ons systeem gaat uit van diffuse ventilatie waarbij warmte en koude op moleculair niveau worden overgebracht en de lucht in een chaotische Brownse-beweging (zie kader, red.) komt, zodat luchtstromen worden vermeden. Verse lucht wordt dus niet ingeblazen zoals bij een gewone airco, maar langzaam ingebracht. Dat betekent dat we geen roosters met een hoog inductievermogen gebruiken (inductie is de mate waarin ingeblazen lucht de aanwezige lucht ‘meesleept’ waardoor hij ermee wordt vermengd, -red). Hierdoor reageert het systeem iets trager dan een traditioneel luchtsysteem, maar een groot voordeel is dat luchtstroming – en daarmee tocht – wordt vermeden.”

Brownse-beweging
Bij de diffuse ventilatie die ZeroHome toepast verwijst het bedrijf naar de Brownse-beweging. Een voorbeeld van die beweging is soms letterlijk in de huiskamer zichtbaar. Een zonnestraal die door het raam schijnt, licht talloze stofdeeltjes op die het licht reflecteren. Daarbij is goed zichtbaar dat die deeltjes ogenschijnlijk geen last hebben van de zwaartekracht: ze ‘vallen’ niet naar beneden. Sommige mensen menen dat dit door thermiek – dus opstijgende warme lucht – komt, maar het heeft een andere oorzaak. De nogal willekeurige manier waarop stof rondzweeft en voortdurend van richting verandert, wordt veroorzaakt door botsingen met luchtmoleculen. Dit fenomeen heet de ‘Brownse-beweging’ , vernoemd naar de achttiende-eeuwse botanist Robert Brown. Hij nam dezelfde beweging waar toen hij in water opgeloste pollen onder de microscoop bekeek. Het enorme aantal botsingen van zulke deeltjes maakt het onmogelijk om de bewegingen van een individueel deeltje door te berekenen via natuurwetten. Maar door naar de dichtheid van de deeltjes te kijken, kun je een gemiddelde verplaatsing van de deeltjes afleiden. Einstein vatte dit later samen in de formule x²=2Dt, oftewel: de gemiddelde verplaatsing van deeltjes is gerelateerd aan de wortel van de tijd. Bij diffuse ventilatie gebeurt iets soortgelijks: door voortdurend op elkaar te botsen, bewegen de luchtmoleculen in chaotische, op individueel niveau onvoorspelbare patronen en vormen ze dus geen luchtstromen.

‘Chaotische patronen voorkomen koudeval’

Een bijkomend voordeel van deze manier van ventileren en verwarmen is dat geen koudeval ontstaat, aldus Tulp: “Koudeval ontstaat doordat de luchtmoleculen in een warme luchtstroom tegen een koude oppervlakte – zoals een raam – slaan en erlangs gaan lopen, waardoor de lucht fors afkoelt. Bij diffuse ventilatie mis je zulke stromen. De luchtmoleculen verspreiden zich in chaotische patronen door de hele ruimte. Ze vormen dus geen stroming langs een koud oppervlak.”

Onderhoud van binnenuit

De buitenunit van het systeem wordt ingebouwd in een dakkap.

De unit die het bedrijf inmiddels op de markt heeft gezet, is de ZeroHome 500, die tot 500m³/h kan ventileren. ZeroHome mikt hiermee vooral op seriematige bouw en is in dat kader bijvoorbeeld in gesprek met corporaties. Volgens Tulp is de binnenunit fluisterstil en is ook bij de buitenunit over eventuele geluidshinder nagedacht. “De buitenunit wordt op het dak geplaatst en ingebouwd in een speciaal ontwikkelde dakkap. Dat heeft enerzijds een esthetisch voordeel – niet iedereen vindt die buitenunits even fraai – maar het zorgt ook voor extra geluiddemping”. Overigens betekent het volgens hem niet dat een installateur halsbrekende toeren uit moet halen bij onderhoud of onverhoopte storingen: “De hele installatie is van binnenuit bereikbaar. Men hoeft dus niet op het dak te klimmen voor onderhoud.”

Investering en energiebesparing

Volgens Tulp is zijn vinding zowel in aanschaf en installatie als in energiegebruik goedkoper dan andere alternatieven voor de traditionele cv-ketel. “Een systeem met een lucht/water-warmtepomp, warmteterugwinning en vloerverwarming of radiatoren vergt een grotere investering dan de ZeroHome 500 met een tapwaterboiler”, vertelt hij. “Daarnaast bespaar je er flink mee op energiekosten; los van een eventuele tapwaterboiler haalt het systeem een COP van bijna 5 en een SEER van 8,5. Diffuus in plaats van inblazend ventileren heeft ook nog als voordeel dat het minder energie gebruikt.”

Koppeling met pv-panelen

Om in de zomer het energiegebruik verder te beperken, kan het systeem ook passief worden ingezet. De unit heeft een bypass zodat volledig wordt overgeschakeld op zomernachtventilatie. Verder kan de installatie volgens Tulp nog energievriendelijker worden gemaakt door er pv-panelen aan te koppelen. “In dat kader heeft de tapwaterboiler die we optioneel aanbieden zowel een gelijk- als wisselstroomaansluiting. Daardoor kan hij met DC-zonnestroom worden gevuld met warm water. Als het water op temperatuur is, schakelt het systeem over naar AC-netstroom om het water op temperatuur te houden.”

De thermostaat van ZeroHome 500.

Praktijkervaring met bestaande woning

Na een ontwikkeltraject van drie jaar heeft ZeroHome het systeem in 2019 officieel in de markt gezet, en inmiddels is er de nodige praktijkervaring mee opgedaan. In Assen werd het systeem als eerste getest in een 35 jaar oud huis van een woningcorporatie. Door toepassing van ZeroHome maakte deze woning, die een redelijk isolatieniveau had, een labelsprong naar A++, terwijl de bewoner ervan tevreden is over het verbeterde wooncomfort. Volgens Tulp bewijst dit dat de ZeroHome niet alleen geschikt is voor nieuwbouw maar ook voor bestaande bouw, zolang toepassing ervan wordt voorafgegaan door isolatiemaatregelen. “Maar dat geldt voor ieder project waarbij een gasketel wordt vervangen door een duurzaam systeem: naast transmissieberekeningen is isolatie hoe dan ook een must”.

Presentatie op VSK

Volgens Tulp liep het de aflopen maanden storm bij zijn bedrijf, zeker nadat ZeroHome werd gepresenteerd op de VSK. Het systeem is in verschillende woningen geïnstalleerd en er zaten al veel meer projecten in de pijplijn. “Helaas gooit het coronavirus bij een aantal projecten roet in het eten. Daar heeft de hele sector last van en wij ontkomen er ook niet aan. Maar we zijn zo overtuigd van de innovatieve meerwaarde van ons systeem dat we de toekomst nog altijd met vertrouwen tegemoet zien.”