De techniek van warmtepompen bestaat al sinds begin 20e eeuw. De laatste jaren raakt de ontwikkeling in een stroomversnelling. TNO jaagt die innovatie verder aan in het HPAC: het Heat Pump Application Center in Delft, uniek in Europa. “Vooral in de aansturing gaan we nog veel optimaliseren.”
Het Heat Pump Application Center (HPAC) is hét kennis- en innovatiecentrum voor warmtepomptechnologie van TNO. In dit moderne testcentrum, onderdeel van het TNO BouwInnovatielab in Delft, doen zo’n 20 mensen dagelijks onderzoek naar allerlei aspecten van duurzaam bouwen. Zij kunnen bestaande én nieuwe technologie hier onder alle denkbare omstandigheden testen op bruikbaarheid en efficiëntie. We blikken met TNO warmtepomp-expert Andries van Wijhe en senior business developer Rob Kotte vooruit op de toekomst van duurzame verwarming, de rol van de installateur en de sleutelrol van het HPAC bij het ontwikkelen en testen van de zelflerende warmtepomp van straks.
Om heel Nederland gasloos te verwarmen hebben we heel slimme warmtesystemen nodig. Hoe helpen jullie in het HPAC daarbij?
Rob: “Alternatieven voor het gebruik van gas om onze huizen te verwarmen staan flink in de belangstelling: als we in 2050 aardgasvrij willen zijn, moeten we nog flink innoveren. Dan is het belangrijk dat je zeker weet dat je technologie écht goed presteert en zo efficiënt mogelijk is. Dat betekent veel testen, in de dagelijkse praktijk of in een lab zoals hier, waar je zelf de omstandigheden kunt controleren en aanpassen. Dat werkt sneller en efficiënter.”
Wat testen jullie dan allemaal?
Andries: “De warmtepomp en hybrides zoals we die nu kennen, zijn al behoorlijk efficiënt. Maar er is nog veel winst te behalen in het optimaal installeren en inregelen en het juiste gebruik van de installatie als geheel. Dan is het fijn als je die technologie op één testlocatie kunt testen, waarin je allerlei verschillende gebouw- en klimaatomstandigheden kunt simuleren. Bij het HPAC kan dat: we testen installaties in verschillende buitencondities in combinatie met de meest uiteenlopende soorten huizen en afgiftesystemen. In de vier klimaatkamers bootsen we allerlei omstandigheden en temperaturen na; de verschillende computermodellen van woningen gebruiken we om installaties in alle soorten woningen en onder verschillende klimaatcondities te beproeven.”
Hoe gaat zo’n test in zijn werk?
“Dat doen we met onze testopstelling waarin we de hardware, dus de feitelijke warmtepompinstallatie, in ons lab kunnen koppelen aan elk denkbare type virtuele woning. Zo kunnen we de hele installatie testen alsof die feitelijk in een specifiek type huis hangt. Dit geeft heel andere uitkomsten en inzichten dan de standaard tests en simulaties van zulke installaties. In ons lab kunnen we veel meer aspecten simuleren en kunnen we het hele systeem testen en doorlichten.”
Wat hebben jullie daar tot nu toe van geleerd?
Andries: “Wat vooral opvalt, is hoe belangrijk de aansturing, de regeling van het systeem is voor de totale prestaties. We leren veel over de omstandigheden waaronder een warmtepomp het beste presteert en wat bijvoorbeeld de optimale inregeling van het hybride-systeem is, om ongewenst pendelen tussen warmtepomp en cv-ketel te voorkomen. Zo leren we wat bij verschillende omstandigheden het beste moment van omschakelen is tussen deze twee systemen. Dit levert ons de informatie die nodig is om installaties zo efficiënt mogelijk te laten functioneren en daarmee zoveel mogelijk energie en/of CO2 te besparen.
“Ook onderzoeken we hoe je het gebruik van een dynamisch aanbod van duurzaam opgewekte stroom kunt optimaliseren. Bij veel aanbod of goedkope stroom kun je een goed geïsoleerd huis alvast vroegtijdig verwarmen, omdat dit langer op temperatuur blijft. We kunnen dat hier op iedere denkbare manier testen.”
Wat maakt juist die twee zo belangrijk?
Rob: “Een warmtepomp of hybride-systeem moet je heel anders inzetten dan een cv-ketel. Een cv-ketel zoals we die allemaal kennen kan snel voor veel warmte zorgen. Een warmtepomp of hybride-systeem werkt optimaal als je het huis gelijkmatig met een lagere watertemperatuur verwarmt. Daarnaast is het voor de consument belangrijk dat hij nauwelijks omkijken naar de installatie heeft: een goede installatie is onzichtbaar en de bewoner hoeft nooit aan de knoppen te zitten.”
“We trekken daarom als TNO samen op met de installateursbranche en Team Duurzaam Installeren in het Project TDI 500. Dit heeft als doel om binnen drie jaar het installatietempo van warmtepompen en hybride warmtepompen te versnellen met 500 extra installaties per dag. Tien grote installateurs zijn daarbij inmiddels aangesloten.”
Andries: “De installatie van een warmtepomp kost nu zo’n 32 uur, van intake en werkvoorbereiding tot installatie en nazorg. In dit project is het doel die tijd te halveren naar 16 uur, zodat 2 installateurs dit in één dag kunnen doen. Dat hopen we te bereiken door samen met de installateurs goed te onderzoeken waar in het proces van zo’n installatie winst te behalen valt, in tijd én in geld. Ook willen we met dit project het inregelen van deze systemen verder helpen verbeteren, waardoor het energieverbruik tot wel 15% daalt en de kans op een slecht presterend systeem nihil is.”
Rob: “Daarbij wordt onderzocht hoe met behulp van interactieve technologie de voorbereidingen en intake sneller kunnen laten verlopen, doordat de bewoners zelf al veel gegevens kan aanleveren. Die kennis die we zo verzamelen willen we breed delen met de sector. En via onderwijsinstellingen bij monteurs in opleiding. Dat zijn immers de installateurs van morgen.”
Welke warmtepomp-innovaties mogen we nog verwachten?
Andries: “Warmtepompen zijn al lange tijd in gebruik, ook in landen met een kouder klimaat dan bij ons. Grote stappen in efficiëntie van de warmtepomp zelf zullen niet snel meer aan de orde zijn, simpelweg omdat we dan tegen grenzen aanlopen van thermodynamische wetten. De winst zit vooral in het efficiënter aansturen van het hele systeem.”
Rob: “Er zit nog veel winst in de inregeling en het ‘slimmer’ maken van het klimaatsysteem. De warmtepomp van de toekomst is voorzien van zelflerende software, zodat die zelf weet hoe en wanneer de werking optimaal is en zelf beslissingen kan nemen. Hoe lang het duurt om de woning te verwarmen, en hoe sluit dat het best aan bij de weersverwachting, de opbrengst van zonnepanelen en de stroomprijs van dat moment? Op basis daarvan kan het systeem beslissen om nu alvast te verwarmen, zodat het huis straks comfortabel van temperatuur is. De slimme warmtepomp van straks leert continu bij. Zodat jij zo prettig én energiezuinig mogelijk kunt wonen en leven.”
Andries: “Verschillende gradaties van slimheid en lerende systemen zijn al een tijdje op de markt. Nu zijn dat nog klokthermostaten die leren hoe laat de cv-ketel moet aanspringen om het bij het ontbijt behaaglijk te hebben. Straks zijn zulke systemen nog veel slimmer. Die ontwikkeling is in volle gang.”
En hoe zit dat met de hardware?
Andries: “Als we verder naar de toekomst kijken, zijn ook hier nog allerlei mooie ontwikkelingen gaande. Zoals de thermo-akoestische warmtepomp. Normaal gesproken stroomt thermische energie uit zichzelf van warm naar koud. Een warmtepomp doet precies het omgekeerde, en gebruikt daardoor energie in de vorm van elektriciteit. De warmtepomp van nu werkt met een mechanische compressor en een koudemiddel, waarbij de bulk van de warmte verplaatst door het verdampen en condenseren van dit middel. Een thermo-akoestische warmtepomp creëert gebieden met hoge en lage druk op basis van geluidsgolven in een gas. Daar komt geen verdampen of condenseren meer aan te pas, waardoor het koudemiddel ook niet meer nodig is.”