
Noorse hoogleraar Armin Hafner: “Toekomst voor CO2-warmtepompen in hotels”
Volgens dr. ing. Armin Hafner, professor refrigeration technology aan de Norwegian University of Science and Technology, is CO₂ een zeer geschikt koudemiddel voor warmtepompen in hotels. Vooral als dit wordt gecombineerd met het bufferen van warmte en koude. Deze systemen kunnen volgens hem niet alleen in noordelijke gebieden, maar over de hele wereld worden toegepast.
Tekst: Uko Reinders
Het onderzoek naar CO₂-warmtepompen bij de NTNU, zoals de Norwegian University of Science and Technology in het Noors wordt afgekort, is eind jaren tachtig gestart door de voorganger van Hafner. “Hij was van mening dat de F-gassen niet door andere F-gassen moeten worden vervangen. Ook die opvolgers zijn namelijk niet goed voor het milieu”, aldus Hafner.
Hafners voorganger ging op zoek naar alternatieven en kwam uit bij de CO₂-warmtepomp. Hafner: “Dat onderzoek hebben we voortgezet, zoals nu met toepassingen voor hotels. Als professoren kunnen we onderzoeksvoorstellen voor onderwerpen indienen waarvan we denken dat ze van belang zijn voor de maatschappij. We zijn onafhankelijk; er is geen invloed van het bedrijfsleven.” Hafner is professor bij het Department of Energy and Process Engineering van de NTNU. Onder zijn supervisie promoveerde Silje Marie Smitt met haar proefschrift over CO₂-warmtepompen voor hotels. Eerder publiceerden we een samenvatting van haar proefschrift.
Waarom is een CO₂-warmtepomp geschikt voor hotels?
Hafner: “Hotels hebben naast koeling en verwarming van de ruimtes ook heel veel warm tapwater nodig. Dat is een goede combinatie voor warmtepompen op CO₂. Het koudemiddel is namelijk uitermate geschikt om water op hoge temperaturen van 70 ˚C te maken. Dat gebeurt met CO₂ veel efficiënter dan met alle andere koudemiddelen. Belangrijk is dat het warme water wordt gebufferd. Bij warm water is er namelijk sprake van grote pieken, zoals op momenten dat mensen gaan douchen, vooral ’s morgen. Dan kan de warmte van het buffervat bijstaan om aan de warmtevraag te voldoen.”

Armin Hafner: “Hotels hebben, naast koeling en verwarming van de ruimtes, veel warm tapwater nodig. Dat is een goede combinatie voor warmtepompen op CO₂.”
En bufferen van koude om ruimten te koelen?
Hafner: “Dat is ook verstandig. Hierdoor kan de warmtepomp zo’n 20 uur per dag draaien en tijdelijk afschakelen als de elektriciteitsprijs hoog is. Een slim systeem kan al vooraf voorzien wanneer de elektriciteitsprijs gaat dalen. Tot die tijd kan de warmte- en koelvraag worden ingevuld met de buffertanks. Een systeem met buffers wordt steeds belangrijker omdat de elektriciteitsprijs steeds meer op basis van de vraag wordt bepaald. Naast zo slim mogelijk elektriciteit gebruiken, zorgen de buffers er ook voor dat dat zo min mogelijk gebeurt. Watertanks zijn verder niet duur; om koude op te slaan kan ook gebruik worden gemaakt van PCM of ijs. Warmte voor ruimteverwarming kan in de massa van een gebouw zelf worden opgeslagen. Belangrijk bij de combinatie met buffering is dat het systeem over een goede controlunit beschikt.”
Is CO₂ ook geschikt voor ruimteverwarming met lagere temperaturen dan 70 ˚C?
Hafner: “Indien er niet veel warm tapwater nodig is, kan een propaanwarmtepomp een betere optie zijn. Maar bij een grote vraag naar warm water heeft CO₂ de voorkeur. Een geavanceerde warmtepomp kan meerdere temperaturen maken. In de gaskoeler kun je de warmte-injectie in drieën verdelen. Een deel met lagere temperaturen kan tapwater voorverwarmen, een deel met iets hogere temperaturen is voor de ruimteverwarming en de hoge temperaturen zijn voor het maken van warm tapwater. Dat werkt goed, mits de warmte gebufferd wordt in verschillende temperatuurniveaus. Een combinatie van warmtepompen op CO₂ en propaan is ook mogelijk.”
En ammoniak?
Hafner: “Dat is het beste koudemiddel voor warmtepompen. Het is zeer energie-efficiënt. Maar de plaatsing is vanwege de veiligheid een uitdaging. Ammoniak-warmtepompen worden wereldwijd al veel toegepast, zoals in winkelcentra, terminals van vliegvelden, supermarkten en grote hotels. Dat is niet zo bekend, maar het gebeurt al wel volop.”
Het PhD-onderzoek naar CO₂-warmtepompen richt zich op Scandinavië. Zijn ze ook geschikt voor warmere klimaten?
Hafner: “Dat is zeker het geval. CO₂-warmtepompen kunnen overal ter wereld worden toegepast. Er zijn geen restricties voor wat de klimaatzone betreft, als er maar vraag is naar veel warm tapwater. Zelfs voor cruiseschepen is het een oplossing. Het functioneert al goed in hotels in Zuid-Frankrijk en Spanje, ook bij buitentemperaturen van 40 ˚C. Belangrijk is dat in het ontwerp rekening met de hoge buitentemperaturen wordt gehouden. Daarvoor kunnen aanpassingen nodig zijn. Het is ook mogelijk om een systeem op fossiele brandstof als back-up aan te houden. Daar kan later biofuel voor in de plaats komen. We zijn momenteel bezig met een onderzoek naar de toepassing van CO₂-warmtepompen in supermarkten in Italië, maar ook hotels in dit land zijn met dit soort warmtepompen uitgerust. De eigenaren daarvan zijn heel blij met de lage energierekening. Verder lopen er ook nog demonstraties in India.”
Kan koeling voor koelcellen in het warmtepompsysteem van hotels geïntegreerd worden?
Hafner: “Dat is mogelijk; de warmte die daar vrijkomt kan gebruikt worden om warm tapwater te maken. Eventueel kan ook de warmte van douchewater dat naar het riool gaat, worden benut om water voor te verwarmen. Zo zijn er meerdere mogelijkheden om energie te benutten. Engineers weten daar met slimme systemen wel raad mee.”
Ondanks alle voordelen lijken CO₂-warmtepompen nog niet door te breken.
Hafner: “Ik zie wel dat ze marktaandeel aan het winnen zijn. Dat gebeurt wereldwijd. Eindgebruikers kiezen ervoor omdat ze met natuurlijke koudemiddelen op de toekomst zijn voorbereid. Kiezen ze voor een chemisch koudemiddel, dan worden ze vanwege de aanscherping van de regelgeving na een paar jaar gedwongen om over te stappen op een koudemiddel dat minder schadelijk is voor de opwarming van de aarde. Niet alleen vanwege de GWP-waarde; ook TFA kan voor restricties zorgen. Dat zal zich herhalen, daarom is het geen langetermijnoplossing. Een natuurlijk koudemiddel is dat wel. De meeste hotels gaan hiervoor kiezen. Als ze weten wat de voordelen zijn, is het een vanzelfsprekende keuze. Vooral als dat gecombineerd wordt met opslag van warmte en koude. Energieopslag in deze vorm is goedkoper dan elektriciteit in accu’s. En na 50 jaar werkt het nog steeds, terwijl accu’s een beperkt aantal jaren meegaan.”
Gerelateerde artikelen over toepassingen van koudemiddel CO₂
- Nieuw logistiek centrum voor vruchtgroenten gekoeld met ammoniak/CO₂-installatie
- Toevoeging absorptiekoeler verbetert prestaties CO₂-koelsysteem
- Koudemiddel CO₂: waar staan we en wat brengt de toekomst?
- Optimalisatie van CO₂-supermarktkoeling met een ejector
- Bijeenkomst over opmars R744 (CO₂)
- Rondgang: propaan, ammoniak, CO₂ of een ander koudemiddel?