artikel

Ontwikkeling van warmtepomp voor bestaande woningen in Nederland

Techniek

Huidige lucht/water-warmtepompen hebben specifiek voor de Nederlandse markt een aantal nadelen. Het project High Performance Little Air Unit Natural Charge Heatpump (HP-Launch) is gericht op het opheffen van deze nadelen, zodat de markt voor lucht/water-warmtepompen sneller kan groeien. Dit artikel beschrijft de ontwikkeling van een nieuwe uitvoeringsvorm van zo’n warmtepomp.

Tekst: Kevin Geurtsen

Ontwikkeling van warmtepomp voor bestaande woningen in Nederland

Zes kennisinstituten en marktpartijen werken momenteel aan een prototype van een warmtepomp die kan worden toegepast in bestaande woningen. Begin volgend jaar moet dit prototype klaar zijn. De resultaten van het project worden beschikbaar gesteld aan de Nederlandse warmtepompindustrie, die het prototype kan doorontwikkelen tot een betaalbaar serieproduct.

Concurrentiepositie fabrikanten

De projectpartners hebben de intentie om de sector na HP-Launch verder te ondersteunen en de ontwikkelde kennis naar de markt te brengen. HP-Launch beoogt zo de concurrentiepositie van de Nederlandse warmtepompfabrikanten te versterken. De lucht/water-warmtepomp is een veelbelovend alternatief voor aardgasverwarming in bestaande woningen. Het project HP-Launch pakt drie obstakels voor de grootschalige toepassing van deze warmtepompen aan:

1. Terugverdientijd.
HP-Launch verbetert het rendement, door het technisch ontwerp en de aansturing van de warmtepomp goed aan te laten sluiten bij de behoefte van Nederlandse woningeigenaren. Door een efficiënt ontwerp worden de kosten laag gehouden.
2. Plaatsing in of bij de woning.
HP-Launch streeft naar compacte afmetingen en een aangepaste vormgeving, om beter in te spelen op de beperkte ruimte voor installaties in de gemiddelde Nederlandse woning. Hierbij wordt ook aandacht gegeven aan het terugdringen van geluidsoverlast.
3. Synthetische koudemiddelen die bijdragen aan het broeikaseffect.
HP-Launch richt zich op de toepasing van het natuurlijke koudemiddel propaan. Risico’s met betrekking tot brandbaarheid worden ondervangen door de hoeveelheid koudemiddel te minimaliseren, en door de manier en locatie van opstellen.

Elementen uit deze drie ontwikkelingen kunnen ook worden gebruikt in alternatieve systemen, zoals warmtepompen met een bodembron of koelinstallaties.

Partners in HP-Launch
De projectpartners in HP-Launch zijn kennis­instituten en marktpartijen die ieder vanuit de eigen expertise kennis en informatie aan het onderzoek toevoegen.
De partners zijn:
• Het Lectoraat Meet- en Regeltechniek van de Hogeschool van Arnhem en Nijmegen (coördinatie, regeltechniek en modellering)
• Business Development Holland (aansluiting bij de markt)
• De Haagse Hogeschool (regeltechniek en modellering)
• MMID (bewaken van de produceerbaarheid)
• Re/gent Helmond (koudetechniek en testen)
• TransferWorks (warmtewisselaars)
Het project HP-Launch wordt ondersteund door de Topsector Energie.

Interviews met belanghebbenden

Rijtjeswoningen (circa 40 procent) en twee-onder-een-kapwoningen (circa 10 procent) vormen samen meer dan de helft van de
Nederlandse woningvoorraad en zijn daarmee een interessante doelgroep voor de ontwikkeling van een nieuwe uitvoeringsvorm van warmtepompen. Het projectteam heeft een representatieve groep belanghebbenden geïnterviewd. De geïnterviewden variëren van installateurs tot woningeigenaren en warmtepompexperts. Hieruit zijn de belangrijkste eisen waar de warmtepomp aan moet voldoen, afgeleid:

• Lage aanschafs- en bedrijfskosten
• Beperken van het geluidsproductie
• Toegankelijk zijn voor onderhoud
• Onderbrengen dichtbij huidige ketel
• Bouwkundige aanpassingen bij installatie van het systeem beperkt houden
• Compacte afmetingen
• Onopvallend uiterlijk

Energievraag Nederlandse woning

Voor het bepalen van het gewenste vermogen is gekeken naar de energievraag van de Nederlandse woning. De warmtepomp zal voor bestaande woningen samenwerken met een HR-ketel in een hybride opstelling. Dat houdt de kosten voor het verwarmingssysteem beperkt en bij een optimale aansturing is de noodzakelijke bijdrage van de ketel minimaal. Er wordt van uitgegaan dat warm tapwater op een alternatieve manier wordt geproduceerd.
Business Development Holland (BDH) heeft laten zien dat de jaarlijkse warmtebehoefte voor ruimteverwarming in Nederlandse rijwoningen met een gasverbruik lager dan 2.000 m3, tot 95 procent kan worden gedekt door een warmtepomp met 3,5 kW vermogen. In dit scenario gaat BDH uit van optimale aansturing van de warmtepomp en de HR-ketel. Die aansturing is dan ook een belangrijk aandachtspunt van dit project.

Onderzoek naar optimale opbouw

Voor zijn afstuderen heeft de auteur van dit artikel voor het HP-Launch-project onderzocht welke opbouw van de warmtepomp het beste zou voldoen aan de bovengenoemde eisen. Op basis van de eisen, en na het consulteren van experts, was al besloten dat er sprake zou zijn van dakmontage en dat daarbij zou worden gekeken naar maatregelen om het onderhoud te vereenvoudigen. Voor het ontwerp zijn verschillende plaatsingsmogelijkheden bekeken. Deze zijn weergegeven in afbeelding 1.

Afbeelding 1. Verschillende alternatieven die zijn bekeken voor de plaatsing van de warmtepomp op het dak.

Compact ‘schoorsteen’-concept

Gekozen is voor een warmtepomp die verticaal door het dak wordt gestoken. Dit is een relatief goedkope oplossing waarbij slechts een minimale aanpassing aan de dakconstructie nodig is. De warmtepomp oogt vertrouwd, als een schoorsteen op het dak. Het concept oogt compact, zowel vanuit de woning als vanaf de straat. De luchtstraal die uit de ventilatoren komt, is van het dak af gericht, in een richting waar hij weinig hinder zal veroorzaken. De compressor staat horizontaal op elke dakhelling. Voor deze installatie zijn geen aanpassingen nodig aan de warmtepompconstructie. Ook de opslag en het vervoer van de warmtepomp zijn in deze uitvoering eenvoudig.

Onderhouds- en installatieaspecten

Tijdens het afstudeerproject werd naar een water- en luchtdichte inpassing van de warmtepomp op Nederlandse woningen met een schuin dak tussen de 15 en 55 graden gekeken. Met deze dakhellingen is de warmtepomp geschikt voor bijna alle schuine daken, waarbij de verschillende componenten optimaal ten opzichte van elkaar kunnen worden geplaatst. Er is een globaal ontwerp van de installatie gemaakt, waar onderhouds- en installatieaspecten in zijn meegenomen en waarbij een kostprijsschatting kan worden gemaakt.

Afbeelding 2. Mockup (schaal 1 op 1) op een dak van 45 graden. 

Warmteverlies vermijden

Bij het ontwerp is in overleg met ontwerpbureau MMID gekozen voor lichte materialen zoals kunststoffen en schuimen. Behalve dat het gewicht hierdoor wordt gereduceerd, worden zo ook warmteverlies en koudebruggen vermeden en blijft de geluidsproductie beperkt. De volledige warmtepomp is van binnenuit de woning te installeren en te onderhouden, door één persoon. De warmtepomp is opgebouwd uit verschillende modules die elk niet meer dan 23 kg wegen. Met behulp van een mock-up (afbeelding 2) is aangetoond dat montage goed mogelijk is.

Total cost of ownership

Het belangrijkste uitgangspunt bij het ontwerp was het reduceren van de ‘total cost of ownership’. Bij montage op het dak komen weinig bouwkundige maatregelen kijken, en de aansluitingen op het afgiftesysteem bevinden zich dicht bij de bestaande installatie. Dit leidt tot lage montagekosten. De warmtepomp kan voor een lage prijs worden geproduceerd in een grote oplage. De productieprocessen zijn namelijk afgestemd op grote aantallen, en de hoeveelheid materiaal voor de warmtepomp is zoveel mogelijk beperkt. Er is weinig ongewenst warmteverlies door goede isolatie van ‘warme’ componenten, korte verbindingen met de resterende woninginstallatie, en gebruik van hoogwaardige onderdelen.

Kleine koudemiddelinhoud

Door het systeem te ontwerpen als warmtepomp en niet primair als airco die ook kan verwarmen, functioneert de warmtepomp onder bepaalde omstandigheden beter. Bij een warmtepomp treedt bijvoorbeeld condens- en rijpvorming buiten op. De warmtewisselaar van de HP-Launch wordt zo ontworpen dat condens en rijp tot minder prestatieverlies leiden. Het systeem is verder zo ontworpen dat het een laag gewicht en kleine koudemiddelinhoud heeft, zodat het zich snel aan kan passen aan veranderende omstandigheden. Al deze maatregelen dragen bij aan een optimaal rendement. Uiteindelijk is het gelukt een concept te ontwikkelen dat aan de gestelde eisen voldoet (zie afbeelding 3).

Afbeelding 3. De verschillende componenten van het warmtepompsysteem: afdekking binnen (geel) en buiten (groen), afdekking buiten en verstelsysteem voor daken 15 – 55 graden (roze), versteviging (rood), onderdelen die naar beneden worden geschoven bij onderhoud, zoals ventilatoren en compressor (blauw).

Grote reductie gasverbruik

Door verder te kijken dan de huidige systemen is een concept voor een kleine warmtepomp ontwikkeld. Deze warmtepomp kan eenvoudig in een groot deel van de bestaande Nederlandse woningen worden geïnstalleerd. De warmtepomp kan bij gebruik in combinatie met een HR-ketel een grote reductie van het gasverbruik in bestaande woningen realiseren. De warmtepomp is compact, naar verwachting betaalbaar bij serieproductie en eenvoudig te installeren en te onderhouden.

Prestaties, regelstrategie en kostprijs

Dit jaar wordt het concept verder uitgewerkt. Er wordt een prototype warmtepomp gebouwd om de prestaties te bepalen, en een regelstrategie ontwikkeld om tot een optimale inzet en rendement van de warmtepomp in een hybride situatie te komen. Daarnaast wordt gekeken naar technische details die moeten worden opgelost voor serieproductie, en er wordt een schatting gemaakt van de kostprijs als serieproductie wordt gerealiseerd Als het project is afgerond, moet er een concept zijn dat door fabrikanten eenvoudig productierijp kan worden gemaakt.

> Leestips:
Waterstof of warmtepomp? Alle afwegingen op rij
‘Radar toont belang certificering warmtepompen’
Interview: Frank Agterberg over kritiek op warmtepompen
Hybride warmtepomp: tussenoplossing op de weg naar gasloos

Reageer op dit artikel