Maart 2023
Comfortabel verwarmen met thermische opslag
Met de nieuwe aankondiging over de afbouw van de salderingsregeling wordt de vraag naar het opslaan van energie steeds groter. De focus richtte zich daarbij grotendeels op de opslag van elektriciteit. Maar thermische opslag verdient in de energietransitie ook een belangrijke plek. Zo wordt met name aan de toepassing van PCM’s grote kansen toegedicht. Ook grootschalige opslag van warmte in materialen als basalt of beton blijkt een realistische optie.
Is het niet vanwege de aanstaande afbouw van de salderingsregeling dan wel de huidige energieprijs, de roep om thuis energie te kunnen opslaan wordt steeds groter. Daarbij komt steeds nadrukkelijker warmteopslag in beeld.
De bereiding van warm tapwater vraagt veel energie. Flamco is sinds enige tijd met de warmtebatterij FlexTherm Eco op de markt, die wordt geladen door zonnestroom. De batterij kan naar behoefte energie opslaan en afgeven voor bereiding van warm tapwater. Dat gebeurt in een uiterst compact gesloten systeem, dat in de verte wat wegheeft van een boiler. Maar een belangrijk verschil met een boiler is het warmteverlies. Dat is bij een boiler gemiddeld twee keer zo groot als bij de warmtebatterij van Flamco en heeft alles te maken met het opslagmedium. In deze warmtebatterij wordt de energie opgeslagen in anorganisch zout, een zogeheten Phase Change Material (PCM) dat afhankelijk van de temperatuur verschillende vormen - vloeibaar, vast - kan aannemen.
Dat zout wordt eerst door een elektrische spiraal tot maximaal 70 °C opgewarmd. Bij die temperatuur is het zout helemaal vloeibaar. Zodra er vraag is naar warm tapwater, koelt het zout weer af tot de smeltfase, bij de FlexTherm Eco is het PCM-materiaal ‘geprogrammeerd’ op een smelttemperatuur van 58 °C. ‘Daarmee is ook meteen het legionellaprobleem getackeld,’ vertelt Mitch Vogels van Flamco. ‘Tijdens het smelten wordt de vrijgekomen warmte-energie afgegeven aan de met koud water gevulde warmtewisselaars, die het warme tap- en douchewater leveren. Ondertussen kristalliseert het afgekoelde zout, waarna het opnieuw wordt opgewarmd. Dit proces kan oneindig doorgaan en dat zonder verlies van rendement. Overdag wordt de warmtebatterij met de opgewekte stroom geladen en daarmee wordt voldoende energie binnengehaald voor de warmtapwatervraag van een gemiddeld gezin op en dag.’
‘Met name tijdens het voor- en najaar kan de warmte van de zon worden gebruikt om de buffer te laden’
Al bij een minimale dagopbrengst van de panelen van 200 Wh kan de warmtebatterij van Flamco worden opgeladen. Woningcorporaties reageren enthousiast, maar dat betekent niet dat zij nu meteen massaal willen investeren in de techniek. Vogels: ‘Het is nog een betrekkelijk nieuw product, De toestellen vinden vooral aftrek bij particulieren; ik schat dat we er in het afgelopen jaar toch wel enkele duizenden hebben weggezet’.
Flamco biedt de Flextherm Eco aan in drie uitvoeringen met drie verschillende capaciteiten. De kleinste twee zijn zo compact dat ze in een keukenkastje passen. De batterij is makkelijk te installeren, een water- en 230V elektra-aansluiting volstaan. Omdat de batterij geen bewegende delen heeft, is het toestel onderhoudsarm. Vogels vertelt dat je de batterij inzet voor het voorverwarmen bij de bereiding van warm tapwater door de cv-ketel of warmtepomp. ‘De batterij stel je via een slimme power inverter zo in, dat bij zonneschijn de batterij daar als eerste van profiteert óf dat hij alleen gaat laden als er een overcapaciteit is aan zonnestroom. Met een upgrade kan het tijdstip van laden zelfs worden gekoppeld aan fluctuerende energieprijzen, zodat je de batterij laadt op momenten dat de netstroom goedkoop is.’
Proces van opwekking stroom, opslag in warmtebatterij FlexTherm Eco en afgifte voor warm water en ruimteverwarming.
Overtollige opslag van warmte in klimaatvloeren
PCM in klimaatpanelen is met name in de utiliteit al vele jaren een populaire toepassing. Maar dezelfde materialen lijken in de woningbouw nu ook voor een doorbraak te staan. OC Autarkis, onderdeel van Orange Climate Group, biedt voor de woningbouw een PCM-klimaatvloer aan. De vloer is een combinatie tussen PCM, vloerverwarming en een anhydriet (giet)dekvloer. Het PCM zit in de noppen van de mat. De noppenmat zorgt ervoor dat er sneller warmte/koude kan worden geaccumuleerd. De vloer wordt daarmee feitelijk een grote thermische opslagbuffer. Het is dus een passief systeem, dat overtollige omgevingswarmte opslaat in het PCM-materiaal, bijvoorbeeld warmte afkomstig van zoninstraling. Door de warmte op te slaan in de thermische buffer blijft de woning toch comfortabel. En door een specifieke menging te maken, wordt het materiaal geprogrammeerd op een gewenste temperatuur, bijvoorbeeld 26 °C. Dit betekent dat bij 26 graden het PCM volledig is gesmolten en de ruimtetemperatuur rond een temperatuur van 20 à 23 °C blijft hangen. ‘Met name tijdens het voor- en najaar kan de warmte van de zon worden gebruikt om de buffer te laden,’ vertelt Norbert-Jan van Spijk van OC Autarkis. ‘De opgeslagen warmte wordt dan in de nacht weer teruggegeven aan de woning. Ook in de winter zal er aanwezige zonwarmte worden gebruikt.’
De efficiëntie van het systeem is het grootst in woningen die zijn georiënteerd op de zoninstraling. De PCM-vloer wordt daarnaast voor een deel geladen door de vloerverwarming. De cv-ketel of warmtepomp kan zo met beduidend minder energie de ruimte op de gewenste temperatuur brengen. Van Spijk: ‘De installatie kan daardoor toe met een lager piekvermogen. De toepassing van PCM-klimaatvloeren is ook een betaalbare manier om bij renovatie woningen gasloos te maken’. Van Spijk schat dat OC Autarkis de klimaatvloeren inmiddels in circa driehonderd grondgebonden woningen en appartementen heeft aangebracht. Het betreft zowel nieuwbouw- als renovatiewoningen. ‘De prestaties daarvan worden nauwkeurig gemonitord. Gebruikers zijn echt enthousiast. Het heeft enige tijd geduurd maar we zien nu dat dit concept door de markt wordt opgepakt. Ook particulieren tonen een groeiende belangstelling voor de klimaatvloeren.’
In de klimaatvloer van OC Autarkis wordt de warmte gebufferd in het PCM dat in de noppen van de vloermat is verwerkt.
Cesar warmte-accu
Weer een andere oplossing voor collectieve warmteopslag voor langere tijd (1 à 2 seizoenen) is inmiddels in gebruik in Boekel. In het Ecodorp staat de eerste Cesar warmte-accu. Cesar staat voor Centralized Energy Storage and Recovery. De ‘accubak’ heeft een doorsnede van 11 meter, is 4 meter hoog en is gevuld met staalslak (een afvalproduct van staalrecycling). De accu wordt gevoed door elektriciteit uit zonnepanelen en de opgeslagen warmte kan een temperatuur behalen van 500 °C. Bij warmtevraag stroomt er lucht door de buizen in de accu en wordt de warmte aan de staalslakken onttrokken. Het warmteverlies in de opslag is zo gering, dat een eenmaal geladen batterij de woningen minstens een winterlang van ruimteverwarming kan voorzien. Het prototype van uitvinder Cees van Nimwegen bestond nog uit een bak met grit van basalt met daaromheen een dik pak steenwolisolatie. Voordeel is dat het systeem ook direct op het bestaande ht-afgiftesysteem in de bestaande bouw kan worden aangesloten. In vergelijking met andere energie-opslagsystemen is de prijs per kilowattuur bijzonder concurrerend, vertelt Gonnie van der Vorst, van Nice Developments, het bedrijf dat de batterij exploiteert. ‘Bij batterijopslag komt de prijs al gauw uit op 20 cent per kilowattuur, terwijl het bij de Cesar warmte-accu op een paar cent uitkomt.’ De accu is sinds afgelopen zomer in bedrijf, maar heeft nog niet de capaciteit waarop hij is ontworpen. De accu moet voldoende warmte leveren om 36 woningen jaarrond van ruimteverwarming en warm tapwater te kunnen voorzien. Door leveringsproblemen konden niet alle benodigde zonnepanelen worden geleverd en aangesloten. Niettemin blijken de zonnepanelen die wél geplaatst zijn de accu voldoende te hebben opgewarmd om het eerste blok van twaalf woningen te kunnen verwarmen.
Cellcius gelooft niet in individuele warmtebatterij
De Eindhovense startup Cellcius gelooft niet in warmteopslag in individuele woningen. Het jonge bedrijf gooit het nu over een andere boeg: een met zout (kaliumcarbonaat) gevulde unit die warmte opslaat en een toevoeging kan zijn op warmtenetten. Cellcius-oprichter Olaf Adan legt uit: ‘Als water bindt aan dit zout, ontstaat warmte. Die kan via een warmtewisselaar water in een boiler opwarmen tot de gewenste temperatuur voor ruimteverwarming of warm tapwater. Het oplaadproces verloopt omgekeerd; door warmte toe te voeren aan het zout wordt het water uit het zout gedreven.
De warmte halen we op bij de chemische industrie en datacenters.
Die vervoeren we dan naar een wijkstation dat vijftig woningen kan voorzien. Je hoeft dan alleen nog kleine buizen met warm water naar de meterkast te brengen.’In de woningen zelf hoeft weinig te worden geïnstalleerd.
‘Praktisch’, zegt Adan, ‘want er is bij de huidige verduurzamingsaanpak een soort machinekamer nodig om energieneutraal te worden; met warmtepompen, zonnepanelen en converters. De kosten lopen uiteen van 40.000 tot 120.000 euro per woning. Met onze technologie kan deze transitie veel en veel goedkoper.’ Per woning is per jaar een paar honderd kilo zout nodig. Zout dat je onbeperkt kunt hergebruiken. Is de energie op, dan gaat het zout weer terug naar de bron om opnieuw te worden opgeladen.
Kijk hier voor het filmpje.
Tekst: Mari van Lieshout
Fotografie: OC Autarkis, NICE Developments, Flamco en iStock