November 2019
Proef in Tilburg: betaalbaar van het gas af
Begin dit jaar vond een gezamenlijke proef plaats van stichting Moed (Midden-Brabantse Ontwikkelingsmaatschappij voor Energie en Duurzaamheid) en de Tilburgse Woonstichting Tiwos. Doel van het project was te onderzoeken of woningen zonder kostbare aanpassingen kunnen worden ontkoppeld van het aardgas. Bij de proef werd alleen de cv-ketel door een andere warmtebron vervangen. Radiatoren en leidingen bleven gehandhaafd. Op basis van de metingen lijkt energetisch gezien een CO2-warmtepomp een haalbare optie, mag voorzichtig worden vastgesteld na monitoring door Isso.
In 2050 moeten de Nederlandse huishoudens onafhankelijk zijn van aardgas. Gasloos in de nieuwbouw is het makkelijkste deel van de opgave. De uitdaging zit vooral in de bestaande bouw. Woonstichting Tiwos uit Tilburg en de stichting Moed besloten met gebruikmaking van alternatieve warmtebronnen in combinatie met het bestaande warmteafgiftesysteem, te onderzoeken of het mogelijk is zonder kostbare aanpassingen afscheid te nemen van de gasgestookte cv-ketel. Twee warmtebronnen werden beproefd: in één woning is een Tube Inside ‘hetelucht’-toestel toegepast en in de andere een Durocan CO2-warmtepomp. Beide technieken kunnen mogelijk een oplossing bieden voor gasloze verwarming met een ht-afgiftesysteem in woningen (80 – 60 °C). Een derde portiekwoning is bij het onderzoek betrokken om de resultaten te vergelijken met de oude, gasgestookte situatie. Beide nieuwe technieken hebben als groot voordeel dat de oude radiatoren en leidingen gewoon kunnen blijven zitten. Ook vloerverwarming en extra ventilatie zijn niet nodig. Hierdoor kan de investering wellicht een flink stuk lager uit vallen.
CO2 als koudemiddel
Als alternatief voor de gas cv-ketel was in een van de woningen een Durocan-systeem geïnstalleerd. Het is een warmtepomp inclusief boiler die zorgt voor warm tapwater en ruimteverwarming. De binnenunit heeft een geïntegreerde warmtewisselaar. De ht-warmtepomp van Durocan gebruikt CO2 als koudemiddel. De meeste warmtepompen werken met synthetische koudemiddelen. Ht-warmtepompen bereiken de hogere temperatuur doorgaans in twee stappen. Met een synthetisch koudemiddel wordt de temperatuur tot een bepaald niveau opgevoerd waarna met een ander synthetisch koudemiddel in een volgende stap de maximale temperatuur wordt bereikt. De techniek vereist twee aparte circuits met elk een compressor.
Ook bij een buitentemperatuur van -8 °C is de woning met het Durocan-systeem nog goed te verwarmen
De CO2-warmtepomp Durocan kan met één cyclus volstaan. De hoge druk die nodig is om CO2 als koudemiddel vloeibaar te maken, zorgt uiteindelijk voor een hogere verdamping en meer warmte. Volgens Rik van Bavel van Durocan is de setpoint van de warmtepomp afgesteld op 80 °C, waarmee de aanvoertemperatuur op 78 °C uitkomt. Durocan heeft inmiddels voor ce-certificering de testfase achter de rug. Het wachten is nog op een Kiwa-keur. Omdat die nu nog ontbreekt is er op dit moment nog geen isde-subsidie op dit type warmtepomp mogelijk. De door Durocan toegepaste techniek is voor Nederland betrekkelijk nieuw. Behalve de warmtepomp in Tilburg draaien in Nederland nog circa tien andere Durocan-systemen. Anderhalf jaar geleden hebben Van Bavel en zijn compagnon de warmtepomp ook in hun eigen woningen geplaatst in afwachting van de ce-tests. Omdat de warmtepompen standaard 4,5 kW warmte kunnen leveren, is in een van de woningen een cascadeopstelling gerealiseerd. ‘Met de ervaring van onze warmtepompen stapten we vol vertrouwen het Tilburgse project in,’ zegt Van Bavel. ‘En het blijkt dus nu ook dat zelfs bij een buitentemperatuur van -8 °C de woning goed te verwarmen is, terwijl je de stroomrekening nog in de hand hebt.’ De consumentenprijs – zonder subsidie, maar inclusief installatie – begint vanaf 8.500 euro (inclusief btw), afhankelijk van situatie en configuratie. Een matig geïsoleerde woning die een slag groter is dan het appartement in Tilburg heeft toch al gauw twee buitenunits nodig om onder alle omstandigheden voldoende comfort te kunnen bieden. Het monobloc van het warmtepompsysteem wordt alleen waterzijdig onder bedrijfsdruk van 1,7 - 2 bar aangesloten. Dat maakt het installatietechnisch eenvoudig omdat geen Stek-certificaat is vereist.
Pilot in vrijwel identieke woningen met vergelijkbaar temperatuurregime
De onbewoonde en lege woningen waarin de verschillende installaties stonden opgesteld zijn identiek wat betreft indeling; ze zijn alle drie hetzelfde georiënteerd ten opzichte van de zon. De referentiewoning heeft een C-label. De twee woningen waarin de alternatieven zijn beproefd bevinden zich op de bovenste verdieping, direct onder het geïsoleerde platte dak. Om beïnvloeding door de instraling van de zon te elimineren, werden de ramen aan de zonzijde dichtgeplakt. Gedurende de onderzoeksperiode inspecteerde een student van Helicon in Tilburg dagelijks de woningen. Hij controleerde of de binnendeuren nog open stonden, de radiatorknoppen nog allemaal in eenzelfde stand stonden en of het papier nog voor de ramen aanwezig was. Elke dag werden ook handmatig de meterstanden van gas en elektriciteit genoteerd. Elke ruimte beschikte over sensoren die elke tien minuten de temperatuur registreerde. Verder is er tweemaal per week bij de CO2-warmtepomp en de gasgestookte cv-ketel (in de referentiewoning) gemeten wat het te bereiken temperatuurniveau is van de warmtapwaterbereiding en hoeveel tijd nodig is om het water op een bepaalde temperatuur te brengen.
‘De ruimtetemperatuur werd in alle drie de woningen geregeld met een thermostaat,’ vertelt Arjan Schrauwen van Isso. ‘We zijn niet zo ver gegaan om een werkelijke situatie na te bootsen door ‘s morgens veel warm water voor het douchen af te nemen en ‘s avonds ook een keer voor het werk in de keuken. Dat is voor dit experiment nu nog niet nodig, belangrijk is dat de energievraag in alle woningen goed vergelijkbaar is.’
Een periode van 4 weken om de systemen te beproeven is vrij kort, maar wat betreft de weersomstandigheden was het volgens Schrauwen in januari en februari ideaal. ‘We hebben bittere kou gehad, maar ook lenteachtige temperaturen. Het is niet alleen belangrijk te weten of met de geteste technologie de woningen comfortabel kunnen worden verwarmd, maar ook hoe het energiegebruik is bij verschillende buitentemperaturen.’ Tijdens de pilot was er een discussie wat in dit type woning met de geteste technologie de juiste instellingen voor de thermostaat waren. Moesten de geteste warmtebronnen volcontinu branden of beter een nachtverlaging om ‘s morgens weer met volvermogen de woning op te warmen. Gekozen is om beide temperatuurregimes te testen. Een periode van twee weken met continu een temperatuur van 21 °C, en een periode waarbij ‘s nachts de temperatuur omlaag werd gedraaid.
De in Tilburg beproefde Durocan-warmtepomp met geïntegreerde 200-literboiler zorgt voor warm tapwater én ruimteverwarming, en blijkt zelfs bij een buitentemperatuur van -8 °C de woning goed te verwarmen.
Forse afmeting
De warmtepomp met boiler van 200 liter heeft een tamelijk forse afmeting, waardoor een technische ruimte nodig is. De basis van 65x65 cm valt nog mee, maar de hoogte gaat al richting 2 m. In de bestaande bouw zal die ruimte niet altijd te vinden zijn. Te overwegen is een kleinere boiler van 100 liter in de badkamer op te hangen. Durocan onderzoekt ook de mogelijkheid het formaat te beperken door een kleinere open verdeler en een kleinere boiler voor wandmontage toe te passen. Een andere optie die volgens Van Bavel wordt onderzocht is de toepassing van een open verdeler. Tijdens de 4 weken durende proefperiode in januari en februari 2019 bleek de Durocan-warmtepomp de woning uitstekend op temperatuur te kunnen houden. Twee weken is er in de referentiewoning met cv-ketel nachtverlaging toegepast en eveneens twee weken is in deze woning de temperatuur in de woning constant op 21 °C gehouden. De referentiewoning bevond zich op de derde verdieping. De twee andere woningen bevonden zich op de bovenste verdieping onder een met 100 mm pir geïsoleerd dak. Dat verschil moet nog in de resultaten worden verwerkt. Om een vergelijking mogelijk te maken is het verbruik van de cv-ketel omgerekend naar kWh. Het verbruik van de cv-ketel in de referentiewoning bedroeg over de gehele proefperiode 745,1 kWh. Bij de warmtepomp lag het verbruik lager: 693,4 kWh, een verschil dus van 51,7 kWh in het voordeel van de warmtepomp. Zowel cv als warmtepomp leverden warm tapwater. Gedurende de twee weken met nachtverlaging lag bij de cv-ketel het verbruik op 257,8 kWh en bij de warmtepomp op 338,1 kWh. Maar in de 2 weken dat de temperatuur in de referentiewoning ‘s nachts niet naar beneden werd gedraaid, scoorde de warmtepomp aanmerkelijk gunstiger, namelijk 262,5 kWh. De cv-ketel gebruikte over deze periode 481,20 kWh.
Tube InsideEen opvallende innovatie die in Tilburg werd beproefd, is de e-cv Booster. Deze is gebaseerd op een ontwikkeling voortkomend uit elektrisch verwarmen met hete lucht. Deze technologie wordt breed toegepast in de procesindustrie die gebruikmaken van heteluchtrecycling. De e-cv-Booster moet
Tube Inside
Een opvallende innovatie die in Tilburg werd beproefd, is de e-cv Booster. Deze is gebaseerd op een ontwikkeling voortkomend uit elektrisch verwarmen met hete lucht. Deze technologie wordt breed toegepast in de procesindustrie die gebruikmaken van heteluchtrecycling. De e-cv-Booster moet onderdeel uit gaan maken van een smart grid-energiemanagementsysteem. Aan de basis staat een zonneboiler, de e-cv Booster zorgt ervoor dat het cv-water opwarmt wanneer de zonneboiler een te lage temperatuur levert. De luchtverhitters bestaan uit ‘open Ω’ keramisch verwarmingselementen van Leister met een aluminium warmtewisselaar, waarbij de hete lucht via een vinnenbuis wordt overgedragen aan het systeemwater. De overtollige warme lucht wordt intern hergebruikt voor het voorverwarmen van de luchtverhitters, waardoor een lagere ΔT en dus een energie-efficiënte luchtverhitting ontstaat. Dit systeem heeft geen luchtafvoer nodig en levert geen risico van koolmonoxide-uitstoot. ‘Dit principe passen wij vaak toe in luchtverhitting bij industriële productieprocessen,’ vertelt Bob Aertsen. ‘De hete lucht circuleert sterk in de buis. Een groot voordeel is dat de hete lucht die aan de binnenkant van de buis afstraalt, ook weer wordt meegenomen door de luchtverhitters waardoor de hete lucht alleen nog wat verder hoeft te worden verhit. Eigenlijk verschilt de techniek niet eens zo veel van de gas cv- ketel. Bij die ketel is het een gasvlam die de lucht verwarmt, bij ons gebeurt het elektrisch.’ Het in Tilburg beproefde toestel was de eerste ooit geassembleerde Tube Inside. Het had een maximaal vermogen van 9,5 kW en een luchtflow van 2,4 m3/m. Daarmee kon de lucht in het beproefde warmtoestel een temperatuur bereiken van 350 °C. Met deze luchttemperatuur kon het cv-water worden opgewarmd tot 40 °C. Daarmee werd eigenlijk een aanvoertemperatuur van 40 °C over een ht-afgiftesysteem gestuurd. Dit was weliswaar net genoeg om de woning zonder nachtverlaging te verwarmen, maar daar moest een forse prijs voor worden betaald wat betreft energiegebruik. Lag het energiegebruik van de gasketel in de referentiewoning op 745,1 kWh, bij de Tube Inside bedroeg het gebruik maar liefst bijna het tweevoudige: 1437,6 kWh.
Het monobloc van het warmtepompsysteem wordt alleen waterzijdig onder bedrijfsdruk van 1,7 - 2 bar aangesloten.
Verkeerd type ventilator
‘Door het gebruik van een onjuist type ventilator bleek het onmogelijk een hogere luchttemperatuur te bereiken’, zegt Aertsen. ‘Maar we kunnen met een ander type ventilator met hetzelfde vermogen eenvoudig naar 600 °C gaan. Dat hebben we inmiddels al vast kunnen stellen. De proef kwam voor ons net iets te vroeg. De opstelling die we in Tilburg hadden kon je nauwelijks een prototype noemen. Het is de allereerste installatie die we hebben gebouwd. We hadden hem vooraf ook niet getest. Zelfs de omkasting ontbrak nog.’ Volgens Aartsen gaat bij de doorontwikkeling van de e-cv Booster de luchtflow naar maximaal 1,2 m3/h verdeeld over 2x4,5 kW. Hierdoor gaat het gemiddelde gebruik bij 350 °C terug van 9 naar 4,5 kW met een piekvermogen van 9 kW. Hierdoor komt het gebruik in kW gelijk aan de gasgestookte ketel. Toch is de vraag gerechtvaardigd of het gemiddelde stroomnet van een dergelijk verwarmingssysteem in een woningcomplex of zelfs wijkje robuust genoeg is wanneer vele toestellen op een piekvermogen zullen draaien. Aertsen is daar niet bang voor en wijst erop dat het concept van de Tube Inside moet worden gezien als een IoT-oplossing. ‘Het zal in de praktijk niet voorkomen dat alles op vol vermogen draait. Naast de hardware componenten wordt energiemanagement nog veel belangrijker waarbij rekening wordt gehouden met zaken als weersvoorspellingen, beschikbare capaciteit op het net enzovoort. De energiekosten zijn volgens hem vergelijkbaar met het bedrag dat een gezin nu maandelijks aan gas verstookt, zeker wanneer aan een combinatie met pv wordt gedacht. In de basis wordt het systeem als abonnement aangeboden.Voor de particulier met een eigen woning is dat mogelijk aantrekkelijk, maar voor corporaties ligt zo’n constructie toch wel erg ingewikkeld. Niet onbelangrijk is volgens Aartsen de eenvoud van montage van de Tube Inside en het minimale ruimtebeslag. ‘Het is een kwestie van de gasketel verwijderen en het toestel waterzijdig aansluiten. Het is nog gemakkelijker dan een ketel vervangen. Een aansluiting op een rookgasafvoer of dakdoorvoer is niet nodig. Er moet wel een 3-faseaansluiting aanwezig zijn. Het geluid dat het toestel produceerde is niet gemeten, maar dat was volgens Aartsen van een vergelijkbaar niveau als dat van een cv-ketel terwijl tijdens de proef een omkasting nog ontbrak. ‘In de definitieve uitvoering zal het geluid alleen maar minder zijn omdat de ventilator een geïntegreerd onderdeel van de warmtewisselaar is.’
Energieopslag
Samen met woonstichting Tiwos en Moed wil Isso een vervolg aan het project geven waarbij vooral de focus wordt gericht op de capaciteit van het elektriciteitsnet ter plaatse. Grootschalige uitrol van deze elektrische verwarmingssystemen stelt extra eisen aan de infrastructuur op buurtniveau. Arjan Schrauwen van Isso: ‘Bij het vervolgproject wordt onder meer gekeken of energieopslagsystemen, zowel warmte als elektriciteit, en cv-blokverwarming met pelletkachels oplossingen kunnen bieden. Mogelijk worden weer dezelfde soort verwarmingssystemen bij het onderzoek betrokken. Durocan heeft in elk geval aangegeven naar een wat compacter systeem te willen en Tube Inside geeft aan dat met een ander type ventilator het energiegebruik met de helft omlaag kan.’
Inductie cv-ketel
Aanvankelijk zou in de Tilburgse pilot nog een derde installatie worden beproefd. Het betrof een gasloze ketel van ti Green die cv- en warm tapwater bereidt door middel van inductie. De innovatieve toepassing van een bestaande techniek is ontwikkeld door installateur Henk Verhagen uit Goirle. Om gezondheidsredenen van de uitvinder was het toestel niet op tijd gereed om in het project te worden opgenomen.
Tekst: Mari van Lieshout, freelance journalist.
Fotografie: Industrie
Meer weten over innovatieve technieken en ontwikkelingen?
Meld u dan nu aan voor onze gratis nieuwsbrief.