EW08 Omslag 600
Juli/Augustus 2021

De gevel als energieleverancier, zout als batterij

Sneller verduurzamen met innovatief warmteconcept

18 01

De verduurzaming van de bestaande woningvoorraad moet worden versneld. Dat hoeft niet per se met all-electric-oplossingen. Dat zegt een consortium met daarin Emergo, TNO en AkzoNobel. De partijen -bedachten het IWP-concept, wat staat voor Intelligente Warmte Productie. Dankzij een subsidie wordt nu hard gewerkt aan het marktklaar maken van het grensverleggende concept.

Het concept bestaat uit het prefab inbouwen van thermische collectoren in gevel- en dakelementen. De innovatieve warmtewinschil is een product van prefab-gebouwschilproducent Emergo. De collectoren in deze warmteschil zijn voorzien van een speciale zonlicht-absorberende coating, een vondst van TNO en AkzoNobel. De coating zorgt ervoor dat niet alleen donkere kleuren, maar ook vrolijkere, lichte tinten maximaal zonnewarmte opnemen. En omdat de panelen niet afgedekt zijn met glas, halen ze ook energie uit de lucht. Zelfs als er geen zon is, produceren de panelen dus thermische energie. De geoogste warmte wordt naar een warmtebatterij geleid, waar de warmte tijdelijk wordt opgeslagen, en naar een warmtepomp die boost of juist koelt. Het complete systeem zal uiteindelijk worden aangestuurd door een slim regelsysteem.

Koelen via de gebouwschil

Een water-waterwarmtepomp die is gekoppeld aan dit IWP-concept zorgt voor de ruimteverwarming en de warmtapwaterproductie. De toegepaste warmtepomp op zich is niet bijzonder. Uniek is wel dat met deze combinatie voor het eerst de mogelijkheid ontstaat om woningen te koelen via de gebouwschil. Zodra de warmtepomp op een mooie zomerdag de andere kant op gaat draaien, worden de panelen warmer dan de buitenlucht, gaan ze warmte afgeven aan de omgeving en wordt het binnen koeler.

18 02De voor het IWP-concept door TNO en TU/e ontwikkelde warmtebatterij slaat de ­overtollige warmte op in een zout/waterdamp mengsel.

Warmte opslaan in zout­

De warmtebatterij in dit concept is ontwikkeld door TNO en TU/e en doorontwikkeld door spin-off Cellcius. Opgevangen warmte die niet direct nodig is, gaat via een chemische reactie een systeem in dat de zonne-energie opslaat. Dat systeem bestaat uit een vat met zout en een beetje water. Bij het laden wordt warmte aan de batterij toegevoegd en vindt er een drogingsreactie plaats. Bij ontladen worden waterdamp en het zout bij elkaar gevoegd, waarbij het zout overgaat in een nieuwe kristalvorm. Bij deze reactie komt warmte vrij. Deze manier van opslag is volgens de bedenkers beter dan bestaande warmteopslagoplossingen in vloeistoffen, vaste stoffen, of PCM’s. Die koelen doorgaans snel af, waardoor veel opgeslagen energie verloren gaat.
‘In deze warmtebatterij gaat geen ‘druppel’ opgeslagen energie verloren’, zegt Bart Erich van TNO. ‘Met deze kostenefficiënte en compacte oplossing - het apparaat is zo groot als een kleine koelkast - verbetert het rendement van het totaalconcept behoorlijk.’ Hij en Hendrik-Jan Weggeman van Emergo krijgen met een subsidie vanuit de MOOI-regeling een welkom duwtje in de rug om het concept de komende vier jaar marktrijp te maken. Weggeman: ‘We gaan de warmtebatterij vooral nóg compacter maken, de inzet van koeling optimaliseren, de componenten goed op elkaar afstemmen en het systeem voorzien van slimme regelingen voor de dag - en nachtcyclus door de seizoenen heen.’

Te veel focus op all-electric

De bedenkers van het systeem vinden dat er bij de transitie naar aardgasvrij te veel naar all-electric-oplossingen wordt gekeken. ‘De markt is sterk gefocust op elektrificeren, terwijl 74,8 procent van de energievraag bestemd is voor verwarming, koeling en douchen. Dat los je niet op met uitsluitend pv. We leggen daken vol met zonnepanelen, maar uit één vierkante meter dak- of geveloppervlak kun je tussen 1,5 en vijf keer meer warmte halen - afhankelijk van onder meer de kleur - dan dat je daar met pv-cellen aan elektriciteit uit kunt halen. Alles elektrificeren betekent ook dat het huidige elektriciteitsnet dat straks niet meer aan kan en dat we dus zwaar zullen moeten investeren in die infrastructuur. Als salderen straks wordt afgeschaft, zal de behoefte aan energieopslag, zowel thermisch als elektrisch, bovendien sterk groeien. Wij sorteren nu al voor op al die ontwikkelingen. Ons concept maakt optimaal gebruik van duurzame zonnewarmte, opgewekt in de gebouwschil en opgeslagen in een warmtebatterij. Zo kun je overdag slim voorladen om ‘s nachts in je eigen warmtebehoefte te voorzien.’

‘In deze warmtebatterij gaat geen ‘druppel’ opgeslagen energie verloren’

Renovatie seriematige woningen

IWP is volgens Weggeman zeker toepasbaar in nieuwbouw, utiliteit of industrie, maar hij legt uit dat het consortium zich bij de doorontwikkeling van het concept vooral richt op de duurzame renovatie van seriematige woningen. ‘In dat marktsegment is veel behoefte aan een prefab totaaloplossing zoals IWP. Mijn ultieme wens is dat we rijtjeswoningen met alleen een prefab dakrenovatie energieneutraal kunnen maken. De pannen gaan eraf, het dakbeschot blijft liggen en we plaatsen een nieuw dak waarin onze thermische panelen, maar ook pv-panelen optimaal zijn geïntegreerd. Zo kunnen we twee woningen per dag verduurzamen. In de woning zelf komt daarom vooralsnog alleen de warmtepomp. Later kunnen we die aanvullen met de warmtebatterij die we nu met de subsidie verder kunnen doorontwikkelen. De gevelpanelen, die een dure en ingrijpende oplossing zijn voor rijtjeswoningen, zijn dan misschien niet eens meer nodig.’

Koud kunstje

Het consortium ziet veel potentie in het IWP-concept. ‘De gebouwde omgeving in Nederland bestaat uit 900 km2 inzetbaar dakoppervlak voor pv en hetzelfde aantal km2 aan geveloppervlakte. Dit oppervlak kan voorzien in 50 procent van de elektriciteitsbehoefte. Als je datzelfde oppervlak daarnaast ook gebruikt om zonlicht om te zetten in thermische energie, kunnen we Nederland met forse stappen duurzamer maken’, aldus Weggeman. Dat geldt zeker voor de 2,5 miljoen woningen die niet all-electric gemaakt kunnen worden zonder enorme investeringen in het elektriciteitsnetwerk. Dan gaat het om de typische rijtjeshuizen van voor 1980. Ehrig: ‘Recente studies tonen bovendien aan dat de warmte-route vaak een goedkopere is dan die van all-electric.’ Het succes van de marktintroductie, zo geven Ehrig en Weggeman toe, hangt in grote mate af van de eenvoud van het systeem. ‘Een energierenovatie moet eenvoudig, reproduceerbaar en betaalbaar zijn. En het moet voor de installateur een koud kunstje zijn om het toe te passen. Daar werken we nu hard aan.’

Tekst: Astrid Zoumpoulis
Fotografie: Emergo