Warmtewinning via ­bouwdelen maakt ­toepassing warmtepomp eenvoudiger

Met deze collector kunnen verschillende bouwdelen in een gebouw of woning zelfstandig warmte absorberen en via een warmtepomp omzetten in energie.

Voorloper en wegbereider

Een voorloper op deze ontwikkeling, of misschien wel wegbereider, is de innovatieve warmtewingevel die in september werd gepresenteerd. Ook hierbij is TNO betrokken, maar vanuit een andere hoedanigheid. De basis voor de warmtewingevel werd gelegd binnen de joint venture van Emergo en TNO. Samen met verf- en lakspecialist AkzoNobel ontwikkelden zij een thermische zonnecollector die er ook nog eens mooi uitziet. Dit zogeheten Calosol-gevelsysteem testen zij vanaf 2017 op een testlocatie bij het Solar Energy Application Centre van TNO.
Het eerste pilotproject met dit nieuwe gevelsysteem was de montage op een sporthal in Almere. De warmte die het systeem aan de gevel onttrekt, wordt gebruikt voor de verwarming van het gebouw en het douchewater. In september dit jaar volgde de overeenkomst met gevelbouwer Aldowa, die deze warmtewingevel op de markt zal brengen. Tijdens een persbijeenkomst in september kondigde Aldowa het product aan als ‘een technologische ontwikkeling die de toekomst van duurzame energievoorziening van gebouwen zal veranderen.’
Het idee om de gevels in Nederland – in totaal is dat qua oppervlakte gelijk aan de provincie Utrecht – in te zetten om gebouwen duurzaam te verwarmen en te koelen, bestaat dus al redelijk lang. De weg naar de realisatie is echter redelijk weerbarstig. Toch denken Aldowa en consorten dat, als we de gevel op grote schaal gaan inzetten, het gewoon mogelijk is om gebouwen energieneutraal, of zelfs energiepositief te maken.

De Energiekap, een energieleverend dak, is speciaal ontwikkeld voor hellende daken.

Absorptie nabij-infraroodlicht

Het klinkt redelijk logisch, energie opwekken via de gevel, maar hoe werkt dit concept precies? De gevel die Aldowa ontwikkelt, bestaat aan de buitenkant uit aluminium panelen. Deze zijn voorzien van een speciale coating van AkzoNobel die zonlicht absorbeert. Bijzonder is dat het hierbij voor een groot deel om onzichtbare nabij-infraroodstraling gaat. Door deze coating kan men de gevel in elke gewenste kleur leveren. Zelfs lichte kleuren kunnen een deel van de straling absorberen die warmte afgeven. Wel is het rendement bij donkere panelen hoger. Op basis van de kleurwens van de architect kan Aldowa bepalen hoeveel vierkante meter geveloppervlak er nodig is voor een bepaald aantal vierkante meter vloeroppervlak.
Emergo levert vervolgens de techniek die aan de achterkant van de warmtewingevel nodig is. Een stelsel van leidingen leidt de opgewekte warmte naar een buffervat van waaruit een warmtepomp wordt gevoed. De warmtepomp kan de aangevoerde energie opwaarderen tot de vereiste temperatuur om de ruimte of het tapwater op te warmen.
Omdat de temperatuur van de aangevoerde warmte vanaf het gevelsysteem relatief hoog ligt, kan een warmtepomp met een hele hoge COP werken, vaak veel hoger dan wanneer de buitenlucht als bron wordt gebruikt. Is er geen warmte nodig, dan kan de gebouweigenaar de warmte opslaan in een buffer, en vervolgens benutten op een later moment, wanneer er geen of minder zonnewarmte beschikbaar is. Overigens wekt de gevel, zo zeggen de ontwikkelaars, ook energie op als de zon niet schijnt. Op dat moment onttrekken de panelen warmte aan de buitenlucht.
In warme maanden kan men het systeem omgekeerd laten werken, door warmte uit het gebouw via de gevel aan de buitenlucht af te geven. Het moet dan buiten wel koeler zijn dan binnen, zodat het afkoelen van een gebouw juist in het voor- en naseizoen en in de zomermaanden vooral ’s nachts een optie is.

Energiegebruik warmtewingevel zo’n 30 procent lager dan verwarming lucht/water-warmtepomp

Concurrent voor andere energiebronnen

Tijdens een informatiemiddag in september vertelde Bart Erich van TNO dat de warmtewingevel een serieuze concurrent vormt voor de lucht/water- en bodemwarmtepomp. ‘Een belangrijk voordeel ten opzichte van met name de lucht/water-warmtepomp is dat de gevel volledig stil en onderhoudsvrij is. Daarnaast is dit systeem een goedkopere optie dan een concept met een bodemwarmtepomp, waarvoor eerst een dure boring moet plaatsvinden. Ook kun je in verschillende provincies, zoals Noord-Brabant en Limburg, om verschillende redenen steeds minder goed of helemaal niet met bodemenergie aan de slag.’ Ook gaf Erich aan dat het energiegebruik van een systeem met de warmtewingevel zo’n 30 procent lager ligt dan wanneer je hetzelfde gebouw met een lucht/water-warmtepomp zou verwarmen.
De aanlegkosten van een warmtewingevel zijn nog wel hoger dan een concept met lucht/water-warmtepomp. Maar dat verschil is klein, zo vertelde hij, en gezien de voordelen zal dat voor veel gebouweigenaren overkomelijk zijn. Wel stelde Erich dat je tijd en geld moet besteden aan het aanvragen voor vergunningen voor een dergelijke warmtewingevel. Om die reden zien de ontwikkelaars op dit moment vooral veel potentie in de utiliteit, en minder voor de toepassing op individuele woningen. Wel zou het concept interessant zijn voor woningcorporaties die grotere, collectieve woningbouwprojecten uitvoeren.

Het eerste pilotproject was de montage op een sporthal in Almere.

Eerste praktijkprojecten

Behalve de gymzaal in Almere zijn er nog een paar praktijkprojecten met de warmtewingevel gerealiseerd. Tijdens de informatiemiddag ging het bijvoorbeeld over een eerste van in totaal zes goed geïsoleerde corporatiewoningen in Eindhoven en Helmond. Volgens de woordvoerder is het in die woningen al mogelijk om deze zonder andere duurzame energiebron het hele jaar door comfortabel te verwarmen. Per woning bleek zo’n 15 m² aan panelen voldoende. De gevel aan de gymzaal in Almere, bestaat uit ruim 100 m² aan warmtewinpanelen.
Met de informatie uit deze twee projecten begon in Roosendaal een volgend project: theater De Kring. Bij de renovatie van dit theater, die komend jaar van start gaat, moet de warmtewingevel een belangrijk rol vervullen in de totale verduurzaming. ‘We gaan met de gevel zelfs meer energie opwekken dan voor het theater nodig is’, vertelde architect Hans van Houtum van NBArchitecten. ‘Vandaar dat we op zoek gingen naar andere panden in de buurt die deze duurzame warmte kunnen gebruiken.’
Die panden zijn gevonden, want de regionale media maken melding dat ook het Tongerlohuys en de Sint-Janskerk de energie uit de gevel mogen benutten. ‘Zo maken we van het theater een energiehub’, vertelt de architect. ‘Het voornemen is nu om de buitenkant van de toneeltoren volledig te voorzien van de aluminium beplating waaruit de warmtewingevel is opgebouwd. De theaterdirecteur zegt in de regionale pers zelfs dat ze later nog zullen bekijken of ze via een lokaal warmtenet ook omwonenden kunnen aansluiten. ‘Maar we willen eerst zeker weten of het systeem goed werkt en of we genoeg warmte genereren.’

De gevelpanelen zijn in vele vormen en kleuren te leveren

Verschillende toepassingsvormen

Fabrikant Aldowa ziet enorm veel mogelijkheden, juist omdat de gevelpanelen in vele vormen en kleuren te leveren zijn. Zij tonen dit onder meer op hun locatie in Rotterdam, waar zij permanent een demonstratieopstelling van de gevelpanelen hebben. De panelen kunnen daar al werkend aan belangstellenden worden getoond. Wie goed kijkt, ziet dat sommige panelen zo koud zijn, dat er condens naar beneden loopt. Andere panelen voelen juist erg warm aan. Wordt het huis verwarmd of gekoeld, dan voel je dat dus aan de buitenkant.
Erich vertelde tijdens de informatiebijeenkomst dat er met dergelijke gevelpanelen nog veel alternatieve toepassingen mogelijk zijn, die nog verder moeten worden onderzocht. Zo denkt men bijvoorbeeld aan een spijtvrije tussenoplossing, waarbij de gevel later pas als warmteleverancier wordt ingericht. Of prefab modules, bijvoorbeeld in de vorm van een schuurtje met daarin de technische installatie. Ook onderzoekt men, samen met het bedrijf Cellsius, de toepassing van de gevel in combinatie met een warmtebatterij.

Per woning bleek zo’n 15 m2 aan panelen voldoende.

Naar gevalideerde prefab oplossing

Dat laatstgenoemde onderzoek betreft het project Intelligente Warmte Productie (IWP). Dit project borduurt nadrukkelijk voort op de ontwikkeling van een prefab-concept dat bestaat uit de warmtewingevel en de warmtebatterij. Het IWP-project valt onder de regie van de Topsector Energie en heeft een forse subsidie gekregen. Daarmee willen de betrokken partijen een kosteneffectieve en flexibele ‘mass-customizable’ (grootschalig maatwerk) prefab ‘warmtepomp-warmteschil-warmtebatterij’ ontwikkelen. Dit moet dé renovatie-oplossing worden voor gasvrije, duurzame verwarming én koeling van seriematige grondgebonden woningen.
De beoogde reductie van het elektrisch energiegebruik bij dit prefab systeem is minimaal 60 procent ten opzichte van eenzelfde project met lucht/water-warmtepomp. Het project integreert twee internationale ‘doorbraaktechnologieën’, zoals het consortium dat noemt: een warmtewingevel en de warmtebatterij. Samen met bestaande warmtepomptechnologie plaatst men dit in een nieuw prefab-concept met een geactiveerde woningschil. De warmtebatterij van Cellsius, die men in dit systeem gebruikt, is de eerste, volledig verliesvrije warmteopslag. Volgens de onderzoekers is deze tien keer goedkoper dan elektrische opslag en veel compacter dan water of PCM’s.
De doorontwikkeling van de warmtegevel voor deze toepassing en het productieproces is in handen van Emergo, AkzoNobel, Aldowa en TNO. De warmtebatterij is de verantwoordelijkheid van Cellsius, samen met TBRM, TNO en de TU/e. Dit laatste consortium legt de nadruk op optimalisatie en componentverbetering. Zwaartepunt binnen het IWP-project ligt bij de ontwikkeling van soft- en hardware voor communicatie en regeling tussen de warmteschil, warmtebatterij en warmtepomp. De gemeente Eindhoven is druk bezig om in haar netwerk van huisvesters een eerste validatie in reële condities tot stand te brengen.

Warmtewinning op het dak

Nu de warmtewinning via gevelpanelen ‘hip en happening’ blijkt te zijn, zouden we bijna een ander bouwdeel – het dak – ineens vergeten. Energiewinning op het dak is al jaren gemeengoed. Iedereen kent de pv-panelen, zonnecollectoren en de laatste jaren ook PVT-panelen. Maar eenzelfde soort techniek die de genoemde partijen nu bij de warmtewingevel gebruiken, wordt ook al jaren toegepast op daken. Het Energiedak van SolarTech uit Eindhoven is al vele jaren op de markt. Bij dit systeem bestaat de bovenlaag van het dak uit donkere en dus goed opwarmende dakbedekking. Hieronder bevinden zich collectorplaten met daarin een leidingenstelsel dat de zonnewarmte aan de dakbedekking onttrekt: ruim 400 kWh (1,45 GJ) per m² op jaarbasis. Door de leidingen stroomt een mengsel van water/glycol dat de warmte transporteert naar de energievragers van het gebouw of een opslagsysteem. Het doorontwikkelde Energiedak-Plus werkt op dezelfde wijze, maar voegt daar een pv-dakbedekking aan toe, zodat het dak ook groene stroom opwekt. De opbrengst per m² van de pv-dakbedekking is vergelijkbaar met kristallijne panelen: 215 Wp/m².
De allernieuwste ontwikkeling van SolarTech is de Energiekap, een energieleverend dak speciaal ontwikkeld voor hellende daken. Hierbij bestaat het dak uit geprefabriceerde, goed geïsoleerde dakpanelen ‘met stekkers en slangen’. ‘Deze ontwikkeling hebben we op een paar projecten toegepast, maar hebben we nu even stilgezet zodat we alle aandacht op de nieuwe BIT-collector kunnen richten. Als die collector een succes wordt – en daar gaan we wel vanuit – dan zal dat waarschijnlijk een beter product zijn, ook voor hellende daken. Die collector kunnen we straks achter alle gangbare bouwproducten plaatsen, dus bijvoorbeeld ook dakpannen. En een stuk goedkoper ook, want BIT staat ook voor de kosten: energy for a bit’, besluit Schiebroek.

Meer informatie:
- BIT-project: bit.ly/VVplus-TNObit
- WP-project: bit.ly/VVplus-WPI

Tekst: Rob van Mil
Fotografie: Aldowa, Solar Tech, TNO

Meer weten over innovatieve technieken en ontwikkelingen?
Meld u dan nu aan voor onze gratis nieuwsbrief