Energiezuinig opslagsysteem voor warm tapwaterinstallatie met warmtepomp

"Van Tintelen installaties" uit Tiel heeft met susidie van necst (nu Neo) een energiezuinig systeem voor tapwaterverwarming ontwikkeld. Het bestaat uit twee boilervaten die beurtelings worden verwarmd, alsmede een warmtepomp. Het nieuwe systeem is ongeveer 30% zuiniger dan een conventionele warmtepompboiler en het kan in woningen en collectieve systemen worden toegepast.

Prefabwarmtepompsystemen

In 1993 zjn we begonnen met een aantal piloprojecten, waarbij wij verschillende systemen hebben toegepast. Dit waren voornamelijk nog individuele systemen. Al gauw werd ons duidelijk dat het moeilijk is om een warmtepomp in de markt te zetten, vooral vanwege de hogere kosten in vergelijking met een cv-ketel. Ook al worden de warmtepompen in de toekomst goedkoper, dan nog blijven we zitten met de hoge kosten van de bron. in 1996 hebben wij in opdracht van Nuon een ontwerp gemaakt voor een project van 46 woningen in Zaltbommel. In dat ontwerp zijn de volgende aspecten meegenomen: het systeem moest betrouwbaar zijn (geen gas in de wijk), een zo hoog mogelijk rendement hebben, goed beheersbaar zijn en prijstechnische interessant zijn. Individuele warmtepompen bleken al gauw te duur en bij een collectief systeem hadden we te veel transportverliezen. In ons ontwerp zijn wij uiteindelijk uitgekomen op klein collectieve systemen, waarbij de kosten voor de bronnen over 8 t/m 20 woningen te spreiden zijn. Mits bronnen onder de 10 m³ blijven, blijkt dit systeem goed beheersbaar. TNO heeft hier een second opinion op gegeven en wij hebben het toen met succes uitgevoerd. Nu bouwen wij deze systemen standaard in prefab kelders.

Proefopstelling

Alleen het warm tapwater was nog een probleem. De energie kosten hiervan waren vrij hoog. Dit werd veroorzaakt door de hogere temperaturen, waardoor de warmtepomp een slechter rendement kreeg. Ook de vele starts die nodig waren om het systeem op 60 graden te houden, waren niet erg gunstig (dat geldt ook voor individuele systemen). Onze doelstelling was om een optimaal energiezuinig systeem voor de warm tapwaterbereiding te ontwikkelen, zowel voor de grote collectieve installaties als voor de individuele warmtepompboilers. Wij hebben toen een nieuwe laadsysteem ontwikkeld, waarbij twee opslagvaten worden toegepast, in plaats van slechts één. Het ene vat wordt leeggetapt, terwijl het andere vat met koud water wordt gevuld en in één keer op de juiste temperatuur wordt gebracht. De warmtepomp hoeft daardoor niet steeds de warmte van 60 graden te leveren en in - en uitschaklelen wordt tot een minimum beperkt. Ons is toen geadviseerd om octooi aan te vragen op dit systeem. Vervolgens hebben wij een subsidieaanvraag bij Novem ingediend bij de provincie gelderland in het kader van stimuleringsregeling om het project succesvol af te ronden.

praktijktest

In Twello, waar groepen van 8 tot20 woningen door één warmtepompsysteem van warmte worden voorzien, werd geëxperimenteerd. Deze installatie bestond uit drie warmtepompen, welke gekoppeld waren met een buffervat van 700 liter. Een van de drie warmtepompen (vermogen 18,3 kW) had voorrang voor de bereiding van warm tapwater. In de circulatieleiding zorgde een elektrisch doorstroomelement voor naverwarming tot 62 graden, ter voorkoming van legionella. In de oude situatie gaf het cv-water de warmte af aan het drinkwater door middel van een gescheiden warmtewisselaar in een indirecte gestookte boiler van 400 liter. Van hieruit wordt het warme tapwater getransporteerd via geïsoleerde leidingen met behulp van een transportpomp naar de appartementen. In de nieuwe situatie geeft het cv-water zijn warmte af door middel van een gescheiden warmtewisselaar in twee indirecte gestookte boilers van elk 400 liter. Deze boilers worden opgewarmd tot 55 graden volgens ons gepatenteerde laadprincipe. Deze test heeft belangrijke gegevens opgeleverd van het programma van eisen voor het basisontwerp. Uit de test bleek onder meer dat het COP1 hoger ligt, waarbij er voor de bereiding van warm water 30% minder energie nodig is. Bovendien is het systeem zeer legionellaveilig, omdat het boilervat telkens helemaal wordt getapt en vervolgens tot 60 graden wordt verhit. Aan de hand van de gegevens hebben we het systeem in een labopstelling in ons bedrijf verder doorontwikkeld. De warmtepomp in de huidige configuratie bereikte slechts maximaal 58 graden waarbij het elektrische element nog noodzakelijk was om het water na te verwarmen. Nog een ander op te lossen knelpunt was de afkoeling van tapwater in de ringleiding. Door (gedeeltelijke) benutting van persgas hebben we het temperatuurprobleem opgelost en bereiken we nu een temperatuur van minimaal 63 graden. We kunnen zelfs tot 70 graden. Ook hebben we het aantal starts van de warmtepomp weten te reduceren en teruggebracht tot één per dag. Daarnaast hebben we het tappunt van de boiler bovenin geplaatst, omdat het water daar het warmst is. Bovendien gebruiken we voor de boilervaten roestvrij staal, dat minder geleiding heeft dan koper. Aldus G.J.C van Tintelen