artikel

Koelende warmtepomp vult ondergrondse buffer

Techniek

Eerder dit jaar ontving het Nederlandse NRGTEQ de Europese ‘Next Generation Heat Pump’-award voor de ontwikkeling van PHAC. Bij dit systeem draait een hoogtemperatuur-warmtepomp ’s zomers in koelmodus. Hij vult daardoor een buffer met warmte die ’s winters wordt ingezet voor passieve verwarming. NRGTEQ-directeur Martan van Meurs geeft uitleg.

Koelende warmtepomp vult ondergrondse buffer

De kern van het PHAC-systeem bestaat uit de combinatie van NRGTEQ’s eigen hoogtemperatuur-warmtepomp (ht) met een thermisch opslagsysteem van bufferspecialist Hocosto. “Op zich kan elk gewenst opslagsysteem aan de warmtepomp worden gekoppeld”, vertelt Martan van Meurs, “maar we hebben PHAC de afgelopen jaren doorontwikkeld met Hocosto. Met deze partner hebben we inmiddels de eerste vier PHAC-installaties gerealiseerd”. Het opslagsysteem, dat ondergronds wordt aangelegd, bestaat uit een aluminium skelet dat met gewoon water wordt gevuld. Afhankelijk van de warmte/koeling-vraag kan het in volume variëren van 100 tot enkele duizenden kubieke meters. “Er is verder niks van te zien”, aldus Van Meurs. “Er ligt een meter grond op, en de constructie is zo sterk dat er een speelveld of parkeerruimte bovenop kan worden aangelegd.”

Het aluminium buffersysteem van Hocosto waar water van 80 °C in wordt opgeslagen.

Passief verwarmen, actief koelen

Hoe de warmtepomp en het buffersysteem samenwerken, wordt samengevat door waar de naam ‘PHAC’ voor staat: Passive Heating Active Cooling. De ht-warmtepomp draait in de zomer in actieve koelmodus (‘Active Cooling’) en levert daarbij water van 80 °C aan de buffer. Die warmte kan vervolgens ‘zolang de voorraad strekt’ worden gebruikt voor tapwater, laagtemperatuurverwarming in de tussenseizoenen en winter (‘Passive Heating’), of – in een industriële omgeving – als proceswarmte.

‘Weinig draaiuren in verwarmingsmodus’

De winst hiervan zit in het feit dat de warmtepomp maar een fractie van zijn bedrijfsuren spendeert aan actieve verwarming. Hij springt alleen bij als er aan het eind van het stookseizoen te weinig warmte in de buffer over is. Van Meurs: “Dan draait het circuit van de warmtepomp om en wordt de buffer als bronsysteem gebruikt om tapwater te maken, of – in het zeldzame geval dat de buffer echt helemaal is leeggetrokken – voor actieve verwarming. Jaarrond komt 90 procent van de gevraagde warmte echter passief uit de buffer.” En door die passieve levering wordt veel energie bespaard: “Gemiddeld draait een warmtepomp in Nederland zo’n 1.600 uur per jaar voor verwarming, 500 uur voor tapwater, en 500 tot 700 uur voor koeling. Door bij die 500 tot 700 koeluren een grote hoeveelheid warmte op te slaan, blijft van de overige draaiuren maar een fractie over.”

Ontwikkeling van de warmtepomp
De ontwikkeling van de NRGTEQ-warmtepomp startte ongeveer negen jaar geleden. Martan van Meurs: “We wilden destijds iets bijzonders laten zien op een vakbeurs, en hadden een warmtepomp gemaakt die in een boilervat water van 90 °C kon maken. Daarbij werd het hete persgas direct door het water geleid. Omdat dat niet mag in Nederland hebben we het systeem voorzien van een dubbele scheiding. Dat zorgt voor enig warmteverlies, daardoor bereiken we met deze warmtepomp nu 80 °C. De ‘truc’ zit verder vooral in de besturing: de software houdt rekening met de glide van het koudemiddel, zodat er qua temperatuurbereik meer mogelijk dan met een standaardwarmtepomp. Overigens bereiken we met andere ‘specials’ nog veel hogere temperaturen, tot 160 °C.”

Heatpipes en pv-panelen

Om het energieverbruik van het systeem verder te verkleinen, worden ook heatpipes ingezet om de buffer aan te vullen, vertelt Van Meurs. “Op zonovergoten dagen leveren die pipes water tot 100 graden. En als de zon veel minder schijnt en het toch niet al te koud is, haal je er nog steeds 40 of zelfs 50 graden uit.” Dat laatste betekent dat de buffer een groot deel van de tijd buiten de zomer voldoende wordt aangevuld. “Als de heat pipes door weersomstandigheden een lagere opbrengst hebben, is het voor laagtemperatuurverwarming geen probleem als de temperatuur in de buffer terugzakt naar 40 graden. Alleen voor tapwater moet de warmtepomp dan af en toe bijspringen.”

Detail van het buffersysteem van Hocosto.

Aansluiting op pv-panelen

Om het systeem verder te verduurzamen, kunnen er pv-panelen aan worden gekoppeld. In dat opzicht is het dubbele winst dat de warmtepomp met name in de zomer (in koelmodus) draait. “In dat kader hebben we de warmtepomp doorontwikkeld tot een ‘AC/DC-versie’. Die schakelt automatisch tussen gelijkstroom en wisselstroom, afhankelijk van de energiebron. Bij voeding vanuit pv-panelen is dus geen omvormer nodig. Dat scheelt in de kosten en in het rendement.”

Appartementencomplexen ‘off-grid’ maken

Het PHAC-systeem is net te duur om interessant te zijn bij individuele woningen, geeft Van Meurs aan, maar bij een kantoor met een redelijke oppervlakte of in een cluster van vijf of zes woningen wordt het snel interessant: “Bij een appartementencomplex van zes verdiepingen heb je een beperkt dakoppervlak per woning. Maar dankzij de energie-opslag kun je er toch genoeg heatpipes en pv-panelen kwijt om het hele systeem ‘off-grid’ te maken.” In situaties waarbij ‘off-grid’ niet mogelijk is, blijkt volgens Van Meurs uit de praktijk van de vier lopende projecten dat er nog altijd 75 procent op de energiekosten wordt bespaard. Overigens staat inmiddels ook een aantal nieuwe projecten op stapel. Zo worden de komende jaren 450 woningen in het dorp Nagele (in Flevoland) op een aantal buffersystemen aangesloten.

Award 
NRGTEQ won in mei de Europese ‘Next Generation Heat Pump’-award voor het PHAC-opslagsysteem. Martan van Meurs nam de award in ontvangst op het Heat Pump Forum. Dit Forum is de jaarlijkse conferentie van de European Heat Pump Association.

Industriële toepassingen

Behalve voor dergelijke projecten in de gebouwde omgeving kan het PHAC-systeem ook een energiebesparende oplossing voor industriële processen zijn. NRGEQ heeft de ht-warmtepomp weliswaar primair ontwikkeld als tapwaterwarmtepomp voor woningen, maar 80 procent van de verkochte systemen wordt toegepast in industriële omgevingen. “Dat heeft twee belangrijke redenen”, stelt Van Meurs. “Enerzijds levert de warmtepomp meer rendement als er veel water op hoge temperatuur wordt afgenomen. En anderzijds kan hij elke mogelijke brontemperatuur gebruiken. Of de bron nu 5 of 60 graden biedt, er kan altijd op rendabele wijze 80 graden mee worden gemaakt. Een mooi industrieel toepassingsvoorbeeld is een bierbrouwerij die zijn flessen spoelt met water van 80 graden. Als het ‘retourwater’ ervan te warm is, mag het niet in de riolering worden geloosd. Bij die brouwerij hebben we een warmtepomp geplaatst die 10 graden uit het gebruikte spoelwater onttrekt. Daardoor wordt de temperatuur ervan laag genoeg om het alsnog in het riool te mogen storten, en tegelijkertijd heeft de warmtepomp er een ideale bron aan om nieuw spoelwater van 80 graden te maken.

In industriële omgevingen kan de toevoeging van een buffer een prima optie zijn, zeker als ongelijktijdig warmte en koude nodig is.

Vervanger van stoominstallatie

Een heel ander industrieel project waarbij de HT-warmtepomp van NRGTEQ wordt toegepast, betreft een ziekenhuis waar ieder uur 100.000 m³ ventilatielucht van 23 graden de buitenlucht in wordt geblazen. Van Meurs: “In het afvoerkanaal plaatsen we een luchtwisselaar die daar 20 graden uit onttrekt, als bron voor de warmtepomp die er tapwater van maakt. De bestaande energievretende stoominstallatie kan daardoor worden afgedankt; tel uit je winst.” In zulke industriële omgevingen kan de toevoeging van een buffer volgens hem een prima optie zijn, zeker als ongelijktijdig warmte en koude nodig is: “Denk bijvoorbeeld aan een chocoladeverwerkende fabriek: die heeft op het ene moment warmte nodig om chocolade te smelten, en op een ander moment koeling om het product te stollen. Daar kunnen een koude en een warme buffer – en wellicht nog een buffer met een tussentemperatuur voor kantoorverwarming – een prima oplossing zijn.

De flexibiliteit van een ‘mini-wko’

Inmiddels is er ook al een concreet industrieel project in het vizier. Bij een bedrijf waarvan de naam nog niet bekend kan worden gemaakt, wordt binnenkort een PHAC-installatie met twee warmtebuffers – ieder met een eigen temperatuur – en een koudebuffer gerealiseerd. “Hier kan straks heel flexibel naar behoefte water op een van de drie temperaturen worden gebruikt. Op die manier kun je met het concept ‘spelen’ en er uiteindelijk een soort mini-wko van maken. De besparing bij het bedrijf is berekend op ca 800.000 m³ gas per jaar.”

> Leestips:
Indrukwekkende verkoopcijfers op Europees warmtepompcongres
Bodemwarmtepompen met een gesloten bron: hoe en wat?
Opmars warmtepomp leidt niet tot daling in verkoop hr-ketels

Reageer op dit artikel