Koelende warmtepomp vult ondergrondse buffer om passief te verwarmen

21 augustus 2019

Als een hoogtemperatuur-warmtepomp actief koelt, kan hij warmte bufferen om in de winter passief mee te verwarmen. Het Nederlandse NRGTEQ brengt dit concept in de praktijk en viel ermee in de prijzen.

Tekst: Bas Roestenberg

Het PHAC-systeem, zoals de makers het noemen, bestaat uit een combinatie van NRGTEQ’s eigen hoogtemperatuur-warmtepomp (ht) met een thermisch opslagsysteem van bufferspecialist Hocosto. Het concept werd in mei van dit jaar bekroond met de Europese ‘Next Generation Heat Pump’-award van de EHPA.

Aluminium skelet als buffer
“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-installatie 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 water van 80 °C in wordt opgeslagen.

Passieve verwarming, actieve koeling
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 als proceswarmte in een industriële omgeving.

Weinig draaiuren in verwarmingsmodus
De winst zit in het feit dat de warmtepomp maar een fractie van zijn bedrijfsuren spendeert aan actieve verwarming. Hij springt volgens Van Meurs alleen bij als er aan het eind van het stookseizoen te weinig warmte in de buffer over is: “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 leeg getrokken – 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, legt Van Meurs uit: “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.”

Heatpipes en pv-panelen
Om het energieverbruik van het systeem verder te verkleinen, worden heatpipes ingezet om de buffer aan te vullen. Van Meurs: “Op zonovergoten dagen leveren die pipes water tot 100 graden. Maar 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.” 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. “Daarom hebben we de warmtepomp ook 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.”

Industriële toepassingen
Behalve voor projecten in de gebouwde omgeving kan het PHAC-systeem een energiebesparende oplossing voor industriële processen bieden. 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 levert, 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”

Op het schip de SS Rotterdam staat dezelfde 80kW-HT warmtepomp als die in het PHAC-systeem kan worden opgenomen. 

Vervanger van stoominstallatie
Een heel ander industrieel project waar 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 voor verwerking, en op een ander moment koeling om het product te stollen en op te slaan. Daar zouden een koude en een warme buffer – en wellicht nog een buffer met een tussentemperatuur voor kantoorverwarming – een prima oplossing kunnen bieden.

Drie buffers in 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, legt Van Meurs uit. “Op die manier kun je met het concept ‘spelen’ en er uiteindelijk een soort mini-wko van maken. De besparing bij dit bedrijf is berekend op circa 800.000 m³ gas per jaar.”