Maart 2023
Thermische panelen prima als hulpbron voor warmtepompen
Eén warmtewisselaar voor geothermie, solarthermie en aquathermie
Multifunctional Power Panels heten ze, de kunststof absorptiepanelen van Mefa Energy Systems. Want waarom geen product ontwikkelen dat universeel inzetbaar is overal waar zich energie bevindt? Het levert weliswaar geen geweldige delta-T op, maar wel voldoende om een warmtepomp van een nog gunstiger COP te voorzien. En dat draagt weer bij aan een lagere energierekening en de klimaatdoelstellingen.
Voor installateurs van zonnepanelen is Mefa geen onbekende. Het bedrijf produceert bevestigingsproducten en profielen die onder meer worden ingezet als onderconstructie voor pv-panelen op daken en gevels. De korte afstand tot de thermische markt inspireerde tot het ontwikkelen van een capillair paneel dat een veelzijdige warmtewisselaar bleek, ondanks het kunststof materiaal. ‘De plaat is 6 mm dik en bestaat uit uv-bestendig polypropyleen met kanaaltjes van 4 mm in diameter’, aldus Lucek Wolthekker, verantwoordelijk voor business development in de Benelux. ‘Wij produceren die met een extrusiematrijs op een maximale maat van 120 cm breed en 7 meter lang. Daarbinnen kunnen we elke andere afmeting maken.’
Bodem regenereren
Door de kanaaltjes stroomt een glycol-oplossing die de temperatuur van de omgeving aanneemt. Daarbij kan de techniek op vier manieren worden ingezet. Mefa vermarkt die onder de namen multiQ-geo, multiQ-sun, multiQ-water en multiQ-ice. Met de Q van het Duitse Quelle (bron) en de eenheid voor warmte. Wolthekker: ‘Plaatsing in de bodem is een goed alternatief als een diepteboring niet kan of mag worden toegepast. Voor het aanbrengen hoeft alleen een geul van twee meter diepte te worden gegraven, en na aansluiten op eventueel andere panelen en een verdeler is een horizontale bodembron voor de warmtepomp of voor koelpanelen gecreëerd.’ Een vergelijkbare opstelling ontstaat wanneer de panelen op het dak worden gelegd. ‘En dat biedt interessante mogelijkheden’, zo vertelt Wolthekker, die standaard werkt met brine-waterwarmtepompen met een mengsel van water en een koelvloeistof zoals glycol. ‘Deze warmtepomp onttrekt de hele winter warmte uit de bodem. In het najaar begint de bodemtemperatuur met twaalf tot veertien graden, maar tegen het einde van het winterseizoen is de temperatuur wellicht gezakt tot tegen het nulpunt, omdat er voortdurend energie wordt onttrokken terwijl de bodem niet zo snel regenereert. Panelen die op het dak liggen zorgen voor een tweede bron. Warmtepompen die geschikt zijn voor twee bronnen selecteren steeds de warmste bron. Dus als de bodem kouder is dan het dak, draait het systeem op het dak. Maar het extra rendement wordt behaald op de momenten dat de warmtepomp niet draait en het dak warmer is dan de bodem. Dan kan namelijk de warmte van het dak in de bodem worden gebracht, zodat de bodem gedurende de winter niet lineair afkoelt, maar steeds ‘bijwarmt’. Daardoor heeft de warmtepomp gemiddeld een hogere brontemperatuur en realiseert een hogere SCOP.’
De panelen van Mefa kunnen worden geplaatst op het dak, in de grond en in het water, en functioneren als warmtewisselaars die zorgen voor een hogere SCOP van de warmtepomp.
Jaarrond warmte
Wat opgaat voor de bodem en het dak, gaat ook op voor oppervlaktewater; althans gedeeltelijk. Wat wél kan is jaarrond warmte winnen, want ook in de winter is de temperatuur dieper dan 40 cm niet lager dan vier tot vijf graden. Al eerder verschenen in E&W voorbeelden van grootschalige toepassing, zoals in Houten dat met 425 woningen in 2003 de primeur had met aquathermie uit de Rietplas, Muiderberg en Amsterdam uit het IJmeer, Katwijk uit de Oude Rijn en Zutphen uit de IJssel. Ook Mefa realiseerde diverse aquathermieprojecten, waaronder bij een kasteel in Limburg. Een warmtepomp met aquathermie heeft niet de nadelen van een lucht-waterwarmtepomp maar wel de efficiency van een brine-waterwarmtepomp, en ligt qua prijs tussen lucht en een diepteboring in. De aquathermische toepassing laat zich eveneens prima combineren met dakpanelen als tweede bron voor de warmtepomp. Uiteraard niet om het oppervlaktewater bij te verwarmen, maar wel voor een kleine wateropslag. ‘Bijvoorbeeld voor mensen die in een boerderij een oude gierkelder hebben’, zo schetst Wolthekker een optie. ‘Met voldoende doorstroming is ook daar individuele aquathermie mogelijk.’
‘Slim combineren van verschillende systemen tot hybride oplossingen’
Energie uit kristallisatie
Nog een vierde optie is ijsopslag. Bij ijsopslag wint de brine-waterwarmtepomp eveneens energie uit het water, maar dan zoveel dat het nulpunt wordt bereikt. ‘De hoeveelheid energie die vrijkomt bij de overgang van nul graden naar min nul graden, te weten 334 kJ ofwel 0,093 kWh, is tachtig keer zo groot als wanneer één graad temperatuurverlaging wordt gerealiseerd. Anders gezegd: kristallisatie levert net zoveel energie op als het onttrekken van warmte uit water van tachtig graden naar nul graden. Met inzet van de zonne-, regenwater- oppervlaktewater- of bodemwarmte kan dit proces eindeloos worden herhaald. En aan het eind van het stookseizoen is de zo ontstane bak met ijs een uitstekend instrument om de hele zomer een gebouw of huis te koelen. Dat doen we al in onze eigen fabriek’, aldus Wolthekker.
Het is dan ook niet verwonderlijk dat met name deze toepassing veel opgang vindt. Zo besteedde E&W al in 2016 aandacht aan het ijsbuffersysteem van Viessmann dat Schipper Installatie uit Huizen plaatste bij een Nom-woning. En leverancier SolarEis leverde een ijsbuffer voor het nieuwe lesgebouw op de Koning Willem III Kazerne in Apeldoorn, terwijl in Goes ruim twintig woningen van woningbouwvereniging RWS werden voorzien van individuele ijskelders in de tuinen. Bij de bouw van basisschool De verwondering in Almere heeft TDS Engineering een warmteopslagsysteem op basis van een ijsbuffer geïntegreerd met zonnecollectoren en andere energiebesparende systemen. Wolthekker: ‘Uiteindelijk zullen alle klimaattechnieken van de toekomst steeds op een of andere manier neerkomen op het slim combineren van verschillende systemen tot hybride oplossingen.’