WARMTEPOMPEN
Install Magazine 978 – september 2021
Combinatie van zonne-energie met warmtepompen
SunHorizon project onderzoekt hybride systemen
Bij de combinatie van zonne-energie met warmtepompen, denkt men in de eerste plaats aan PV-panelen om een elektrisch aangedreven warmtepomp van stroom te voorzien. Er zijn echter nog andere methoden denkbaar, die onder meer gebruik maken van zonnewarmte om zo tot een geïntegreerd systeem te komen waarbij hernieuwbare energie maximaal benut wordt.
Demoprojecten
Het SunHorizon-programma omvat 8 demoprojecten en 5 innoverende technologiepakketten in verschillende landen van Europa met uiteenlopende klimaten. Het wordt gedragen door 21 partners, zowel uit de industrie als uit de academische wereld. Het is de bedoeling om telkens Technology Readiness Level (TRL) 7 te bereiken met de technologiepakketten: dat komt overeen met de demonstratie van de deugdelijkheid van een systeem aan de hand van een concrete toepassing in een werkelijk operationele omgeving.
Dit stadium bereiken, is erg belangrijk voor de kansen van een techniek. Het biedt niet alleen de mogelijkheid om een concept te vertalen naar een praktisch bruikbare toepassing, het is ook een krachtig signaal naar het beleid. Niemand weet immers precies hoe het energielandschap van de toekomst eruit zal zien. Dat maakt het moeilijk om beslissingen te nemen over welke technieken het meest effect zullen hebben, en dus het meest steun verdienen om tot een marktintroductie te komen. Door ervaring op te doen met systemen onder praktijkomstandigheden kan men gegevens verzamelen om beleids- en investeringsbeslissingen op te baseren.
Vijf concepten
De vijf concepten maakten gebruik van thermische zonne-energie in combinatie met thermisch aangedreven warmtepompen om de behoefte aan verwarming te dekken, al dan niet aangevuld met koeling.
Een eerste concept omvat performante vacuüm zonnepanelen van TVP Solar die in combinatie met een gasaangedreven warmtepomp van BoostHeat een Ratiotherm buffervat bevoorraden, dat dan op zijn beurt energie levert voor verwarming en sanitair warm water. Dit concept wordt toegepast in projecten in Berlijn en Verviers.
Het tweede is gelijkaardig van opzet het bestaat eveneens uit een BoostHeat warmtepomp met een Ratiotherm buffervat en zonnepanelen. In dit geval gaat het echter om hybride (PV en thermisch) zonnepanelen van Dualsun. Zo staat het systeem niet alleen in voor de verwarmingsbehoefte, maar dekt ook een deel van het elektriciteitsverbruik. Dit concept wordt toegepast in Nurnberg, Riga en Verviers. Bij dat laatste project gaat het ook om zwembadverwarming.
Het derde pakket maakt ook gebruik van thermische zonnepanelen en warmte-opslag, maar deze keer met een thermisch aangedreven chiller, in een iets meer gecompliceerde configuratie. De zonnepanelen van TVP Solar leveren warmte aan een Ratiotherm buffervat. Dat buffervat staat in voor SWW-productie en de verwarming in de winter. In zomerbedrijf dient het voor SWW-productie en drijft het de adsorptiechiller van Fahrenheit aan, die dan een tweede Ratiotherm buffervat oplaadt met koud water. Het koude buffervat dekt dan de koelbehoefte van het gebouw. Dit technologiepakket wordt toegepast in Sant Cugat bij Barcelona. Daar is de verwarmingsbehoefte eerder beperkt, maar de koelbehoefte des te groter.
Technologiepakket vier is eenvoudiger van opzet: hybride PVT-zonnepanelen van DualSun zijn aangesloten op een buffervat van Ratiotherm, dat ook gekoppeld is aan een omkeerbare geothermische warmtepomp van BDR Thermea. Naargelang de behoefte kan de elektriciteit van de zonnepanelen gebruikt worden om de warmtepomp aan te drijven, dan wel om het verbruik van het gebouw te dekken. De warmtepomp kan in de zomer ook in koelbedrijf werken. Dit wordt toegepast in twee projecten in Spanje, in Piera en Madrid.
Het vijfde technologiepakket is het meest complexe: hier bevoorraden zowel thermische zonnepanelen van TVP als een warmtepomp van BoostHeat een Ratiotherm buffervat. Dat buffervat zorgt voor verwarming en SWW. In zomerbedrijf levert dat buffervat dan ook de warmte om een thermische adsorptiechiller van Fahrenheit aan te drijven, die een tweede Ratiotherm buffervat met koude oplaadt om voor koeling te zorgen. In tegenstelling tot de vorige is dit concept niet in de praktijk omgezet, en wordt uitsluitend bestudeerd aan de hand van simulaties waarbij wordt uitgegaan van een flatgebouw en een kantoor, telkens op drie lokaties.
De verwachte opbrengsten lopen sterk uiteen naargelang de plaats, de toepassing en het systeem. Men verwacht echter een daling tussen 33 en 70% van de uitstoot van broeikasgassen en 30 tot 85% van de werkingskosten.
Alternatieven voor de compressorcyclus
In de projecten worden twee types van thermisch aangedreven warmtepompen toegepast. Het toestel van BoostHeat maakt gebruik van mechanische compressie met CO2 als werkingsmiddel, terwijl de oplossing van Fahrenheit gebaseerd is op de adsorptie van waterdamp met behulp van zeoliet. Deze werkingsprincipes bieden een antwoord op twee uitdagingen van de energietransitie. Ten eerste maken ze weinig gebruik van elektriciteit. Het is dus een methode om groene warmte op te wekken, zonder het elektriciteitsnet te belasten. Ten tweede zijn er geen synthetische koelmiddelen nodig: de media zijn natuurlijke stoffen zoals water of CO2. Ze vallen dus niet onder de reglementeringen rond F-gassen.
Bij het systeem van Fahrenheit wordt er water verdampt onder lage druk, zodat de verdampingstemperatuur laag blijft. De waterdamp wordt geadsorbeerd door zeoliet. Dat is een type mineraal dat bijzonder veel water kan opnemen. Bij dit proces wordt er energie onttrokken aan de omgeving door de verdamper. Eenmaal de maximale capaciteit van de zeolietvulling bereikt is, wordt er warmte aan toegevoerd om de zeoliet te drogen. De damp wordt zo weer uit de zeoliet gedreven, en kan in de verdampingskamer condenseren. Het proces kan dan weer van voor af aan beginnen. Omdat het proces twee aparte fases kent (verdampen/regenereren) zijn er twee modules nodig om continu te kunnen koelen. Als de ene module koelt, kan de andere dan regenereren enzovoort.
BoostHeat maakt gebruik van een thermisch aangedreven vrije zuiger die op zijn beurt een compressiecyclus met CO2 als koelmiddel in gang zet. Hierdoor wordt warmte aan de omgeving onttrokken, en afgegeven aan het verwarmingscircuit. Het systeem wordt op de markt gebracht als een hybride verwarmingsoplossing bestaande uit de BoostHeat warmtepomp en een conventionele condensatieketel als back up voor pieklasten en SWW. Men zou zo tot 50% van het gasverbruik kunnen besparen, in vergelijking met een gangbare ketel. In zijn huidige vorm werkt het toestel op aardgas, maar het is perfect mogelijk om over te schakelen op propaan of groen gas. Als voordelen ziet BoostHeat de grote betrouwbaarheid (de zuiger werkt zo goed als onderhoudsvrij) en de lage milieu-impact door het gebruik van een natuurlijke koelmiddel.
Deze projecten tonen aan dat er alternatieve methoden bestaan om groene warmte uit de omgeving te halen, zonder de nadelen die met het all-electric scenario geassocieerd worden.
Door Alex Baumans
Figuren: SunHorizon
