De hogetemperatuur warmtepomp DWT 50-HT in het provinciehuis van Overijssel in Zwolle.

Natuurlijke koudemiddelen

Met de installatie van de HT-warmtepompen van Dutek is het gasverbruik vanaf het najaar 2023 dus nul kuub. ‘Door slim ontwerp en het gebruik van nieuwe technieken hebben we een zeer efficiënte warmtepomp ontwikkeld’, vertelt Hendrik Wielink, directeur van Dutek, een opkomend bedrijf dat zich heeft gespecialiseerd in warmtepomptechnieken. De DTW is een warmtepomp die een hoge temperatuur kan produceren, met natuurlijke koudemiddelen werkt én die een hoog rendement behaalt. Dutek past natuurlijke koudemiddelen toe in de warmtepompen. Propaan voor lage- en medium temperatuur, en isobutaan voor hoge temperaturen tot 85°C. Wielink: ‘Voordat we destijds besloten om onze eigen warmtepomp te ontwikkelen, hebben we vele brainstormsessies gehad. In de wetenschap dat de eisen rond het gebruik van koudemiddelen alleen maar strenger zouden worden, kozen we voor het gebruik van natuurlijke koudemiddelen. Nu, na vijf jaar nemen we daar nog steeds een uitzonderingspositie mee in.’ Warmtepompen met natuurlijke koudemiddelen tref je eigenlijk alleen aan in de industrie waar zeer grote vermogens nodig zijn. De vraag is waarom Dutek in deze markt de enige partij is die deze keuze heeft gemaakt. Wielink vermoedt dat het ermee te maken heeft dat fabrikanten een beetje huiverig zijn om brandbare koudemiddelen als propaan en isobutaan toe te passen. ‘We hebben flink moeten sleutelen aan ons ontwerp om een honderd procent veilige werking mogelijk te maken. Zo zijn onze warmtepompen uitgerust met een stalen omkasting, een solide barrière die koudemiddelen scheidt van externe invloeden. Het koudemiddelencircuit binnen de warmtepompen is volledig gesloten. Al het leidingwerk wordt op de vereiste druk afgeperst en de lassen worden gecontroleerd met röntgenstralen. Hierdoor kan er geen lekkage of uitstoot van koudemiddelen ontstaan. Daarnaast zijn alle componenten ATEX-gecertificeerd.’

‘De technologie is geschikt voor breed scala aan bedrijfsomstandigheden’

Om te voorkomen dat er een brandgevaarlijke situatie kan ontstaan, wordt de warmtepompomkasting een aantal malen per uur geventileerd. Mocht er ondanks alle veiligheidseisen toch een lek ontstaan dan wordt dit opgepikt door de gaslekdetectie en gaat de ventilator op vol debiet. En als er een te hoge druk in het koelcircuit ontstaat, wordt het koudemiddel via een afblaasleiding naar buiten afgeblazen. Door alle genomen veiligheidsmaatregelen binnen de warmtepomp hoeven klanten van Dutek de techniekruimte alleen te voorzien van een afblaasleiding en een ventilatiekanaal.

De gaslekdetectie zorgt ervoor dat bij lekkage van koelmiddel de ­ventilator op vol debiet gaat.

Traploos moduleren

De techniek wordt aangestuurd door de in eigen beheer ontwikkelde regelsoftware ClimateSync, die samenwerkt met Climatix van Siemens. ClimateSync zorgt ervoor dat de warmtepomp volledig traploos kan moduleren. Zo kan de technologie de verwarmings- of koelingscapaciteit nauwkeurig, geleidelijk en energie-efficiënt aanpassen aan de actuele vraag van het gebouw.
Door de strenge veiligheidseisen kan een warmtepomp met natuurlijke koudemiddelen een grotere investering vereisen dan conventionele warmtepomptechnieken. Maar met de voortdurende aanscherping van het GWP-getal verwacht Wielink dat in de toekomst meer warmtepompfabrikanten ervoor zullen kiezen natuurlijke koudemiddelen toe te passen. Het gebruik van natuurlijke koudemiddelen resulteert in een breed temperatuurbereik, zowel in de verdamper (-30 °C) als in de condensor (85 °C). Hierdoor kunnen verschillende warmtebronnen worden gebruikt, zoals bodemlussen, WKO, PVT-panelen, droge koelers en aquathermie. Deze technologie is daardoor geschikt voor een breed scala aan bedrijfsomstandigheden.

Warm tapwater

Om het provinciehuis in Zwolle van warm tapwater tot 75°C te voorzien, zijn er twee warmtepompen (DWT 50-HT) geïnstalleerd. Deze warmtepompen worden tevens ingezet voor de verwarming van het gebouw. Wielink: ‘Beide warmtepompen zijn gekoppeld aan een hydromodule, de schakeling tussen bron en warmtepomp, die wij ook hebben geleverd. Wij ontwerpen, bouwen en testen al onze modules zelf, in Staphorst. We leveren de modules vervolgens kant en klaar op en eenmaal op locatie is het dan een kwestie van aansluiten en inbedrijfstellen.’
Verwarmen gebeurt in het provinciehuis met de DWT 300-HT. Deze warmtepomp kan samen met de andere warmtepompen voldoende vermogen leveren om het provinciehuis in de winter duurzaam te verwarmen. In de zomer wordt het pand gekoeld met water uit de WKO. Aanvullend kunnen de warmtepompen van Dutek worden ingezet om extra koude te leveren. De overtollige warmte wordt afgevoerd naar de WKO of droge koeler op het dak.
Voordat het provinciehuis gebruikmaakte van de Dutek warmtepompen, kampte het WKO-systeem met een grote onbalans in de bron. Dat kwam omdat er verhoudingsgewijs veel werd gekoeld met de warmtepomp en verwarmd met de toen nog aanwezige gasketels. Nu kan zowel voor verwarming als koeling volledig gebruik worden gemaakt van de warmtepompen en kan de balans in de bodem weer worden teruggebracht.

Om te voorkomen dat er een brandgevaarlijke situatie kan ontstaan, wordt de warmtepompomkasting een aantal malen per uur geventileerd.

Deellastprestatie

‘In de basis is onze warmtepomp niet anders dan andere machines,’ zegt Wielink. ‘De hoge temperaturen worden in één trap gerealiseerd. Het onderscheidend vermogen van onze warmtepompen zit hem naast het gebruik van de natuurlijke koudemiddelen ook in het grote deellastbereik. Vaak wordt over het hoofd gezien hoe belangrijk de deellastprestatie is. Maar het is een cruciale factor die bepaalt hoe efficiënt en effectief een warmtepomp werkt. Door de wisselende behoefte aan warmte gedurende de dag draait een warmtepomp namelijk niet constant op volle capaciteit. Het merendeel van de warmte wordt juist geproduceerd wanneer het systeem in deellast draait. Doorgaans wordt slechts 10 tot 15 procent van het maximale ontwerpvermogen gebruikt om warmte te leveren.’
Bij het ontwerp van de DWT-serie is volgens Wielink specifiek rekening gehouden met veelvoorkomende deellastsituaties. Alle warmtepompen binnen de DWT-serie zijn uitgerust met meerdere zuigercompressoren, die optioneel voorzien kunnen worden van een eigen frequentieomvormer waarmee nauwkeurige aanpassing van het vermogen mogelijk is. Elke zuigercompressor kan dan geregeld worden met een frequentie die varieert tussen 30 en 70Hz. Daarnaast is stapsgewijze uitschakeling van de compressoren mogelijk. Zo kan de warmtepomp moduleren tot 15 procent van het nominale vermogen van het systeem. Hierdoor is de COP in deellast vrijwel constant.

‘Naast gebruik natuurlijke koude-middelen ook groot deellast-bereik’

De techniek wordt aangestuurd door de in eigen beheer ontwikkelde regelsoftware ClimateSync.

Kant-en-klare warmtepompcentrale

Dutek bouwt haar warmtepompcentrales op met verschillende modules, die kant-en-klaar worden geleverd. In het provinciehuis bestaat de centrale naast warmtepompen uit een hydromodule, die schakelt tussen de bron en de warmtepomp en daarmee zorgt voor een nauwkeurige afstemming tussen de temperatuurvraag en het aanbod van de bron. Een warmtepompcentrale kan ook worden uitgebreid met een waterbehandelingsmodule of een distributiemodule die de flow regelt tussen de warmtepompcentrale en het afgiftesysteem. En uiteraard met diverse soorten bronmodules die aansluiting op verschillende warmtebronnen mogelijk maakt. Op dit moment is Dutek aan het werk voor een project in Maastricht van 336 wooneenheden die verwarmd en gekoeld worden met een dergelijke warmtepompcentrale, met als bron een PVT-systeem.
Over belangstelling in de markt voor haar warmtepompen heeft Dutek niet te klagen. Beheerders van oudere, matig geïsoleerde gebouwen of complexen met een grote warmtapwatervraag tonen interesse. Maar ook bedrijven die de warmtepomp willen inzetten in productieprocessen melden zich bij Dutek. Zo staat in Staphorst een grote warmtepompcentrale klaar om afgeleverd te worden bij een waterzuiveringsinstallatie, waar de warmtepomp de vergister met een temperatuur van 75 ⁰C gaat verwarmen. Wielink: ‘Een nieuwe ontwikkeling die we zijn ingeslagen betreft warmtepompen met een groot vermogen. Volgend jaar kunnen we warmtepompcentrales leveren met vermogens die over de duizend kilowatt gaan met hoge temperatuur. Systemen die bijzonder geschikt zijn voor kleinschalige warmtenetten in de renovatie, een toepassing waar wij een groot vertrouwen in hebben.’

Tekst: Mari van Lieshout
Fotografie: Dutek

Lees meer artikelen in het dossier Klimaat- en duurzame techniek