Onderzoek haalbaarheid van een warmtepomp bij extreme condities

Inleiding

Dutek ontwerpt en bouwt energiesystemen (met warmtepomp) die gebruikmaken van duurzame bronnen zoals bijvoorbeeld een gesloten grond-lussensysteem. Met deze lussen wordt tijdens verwarming een hoog rendement gehaald en er kan passief gekoeld worden. Nadeel van deze lussen is dat er ruimte moet zijn voor grondboringen op het perceel.

Probleemstelling

De markt van boorpartijen is inmiddels behoorlijk overvraag, waardoor er lange wachttijden ontstaan van meer dan een half jaar. Doordat er meer vraag dan aanbod is, zijn de prijzen ook nog eens extreem gestegen, waardoor projecten steeds moeilijker financieel haalbaar zijn.

Alternatieven

Een andere optie is het toepassen van een lucht/water warmtepomp. Echter, deze systemen zijn al ontwikkeld en ook redelijk tot goed doorontwikkeld, waardoor dit voor ons minder interessant is. Wij willen vanaf 2023 inzetten op water/water warmtepompen die we binnen kunnen opstellen. Dit heeft als voordeel dat de levensduur hoger is omdat de warmtepomp binnen staat en er minder geluidoverlast voor de buurt is omdat de warmtepomp niet op het dak staat.

Onderzoek naar Alternatieve Bronnen

Wij zijn daarom op zoek gegaan naar alternatieven en hebben in een eerder onderzoek een aantal alternatieve bronnen onderzocht. Daaruit hebben we de volgende bronnen geselecteerd, welke mogelijk op een technisch slimme manier de gevraagde rendementen kunnen halen:

• PVT (Zonnepaneel waarmee ook warmte opgewekt kan worden);
• Aquathermie/aquifer (energie uit oppervlaktewater door middel van open of gesloten systemen);
• Droge koeler/drycooler (grote koeler waar lucht doorheen geblazen wordt en waarmee warmte aan de omgeving kan worden onttrokken).

Hoofdvraag van de Haalbaarheidstudie

We willen onderzoeken en testen of het toepassen van een warmtepomp op basis van een natuurlijk koudemiddel bij extreme condities mogelijk is. Dit is de hoofdvraag van de haalbaarheidstudie waarop dit project zich richt. We zien namelijk dat zonder aanpassingen het niet lukt de warmtepomp bij extreme condities operationeel te houden, terwijl de markt er eigenlijk op zit te springen. We starten dus eerst een onderzoek om te kijken of en waar aanknopingspunten zitten om de knelpunten op te lossen.

Onderzoeksvragen

Vragen die beantwoord moeten worden in het verloop van de studie zijn:

1. Is het technisch mogelijk om een warmtepompsysteem te ontwikkelen dat gebruikmaakt van een natuurlijk koudemiddel, 30-50 kW thermisch kan leveren bij een temperatuur van minimaal 55 graden Celsius, en blijft functioneren bij verdampertemperaturen tot -18 graden Celsius?
2. Is het mogelijk om dit systeem zo te ontwikkelen dat het kan concurreren in prijs met bestaande niet-groene warmtepompsystemen die ook de benodigde kW kunnen leveren bij koude temperaturen van -15/-18 graden?
3. Welke technische onderdelen in de compressor moeten herontwikkeld worden vanwege de andere gas- en viscositeiteigenschappen van het natuurlijk koudemiddel? Welke technische knelpunten zitten in de (schroef)compressor en/of kleppen? Denk ook aan de verdamper/condensor/expansie. Dat vormt de kern van het onderzoek.

Toelichting bij de Uitvoering

Bij de uitvoering van het project worden de richtingen van onderzoek voor deze kernvraagstukken nader uitgewerkt en toegelicht met voorbeelden.