Warmtepompen zonder buitenunit kunnen op veel belangstelling rekenen van zowel installateurs als consumenten. Het alternatief is een water/water-warmtepomp met verticale bodemwisselaar(s). Maar bodembronnen zijn niet overal toepasbaar en kennen ook nadelen. Een ondergrondse ijskelder is een mogelijke oplossing.
Tekst: Richard Mooi
Tanks van beton of kunststof
Al een paar jaar zijn enkele leveranciers druk in de weer met ondergrondse buffers, in de tuin of kruipruimte, in combinatie met een warmtepomp. Dat toestel ondertrekt warmte uit de waterbuffer en kan de watermassa in ijs laten veranderen. Veelal gaat het om individuele systemen, maar er zijn ook grotere ijskelders opgeleverd bij appartements-gebouwen in Goes, Nijmegen en Alkmaar, en bij utiliteitspanden zoals scholen en gemeentehuizen. De techniek is overgewaaid vanuit Duitsland, waar Viessmann er vooral actief mee is. Het gaat om betonnen of kunststof tanks ter grootte van een septic tank, of om grotere, ter plaatse gefabriceerde betonnen kelders.
‘Gecontroleerde manier van ijs maken’
Het kenmerk van het systeem is de benutting van de fase-overgang van water naar ijs. De grootte van de buffer is zo berekend dat er bij strenge kou ijsvorming plaatsvindt. Bij die fase-overgang komt veel warmte vrij. De warmtepomp kan dus lange tijd draaien waarbij de temperatuur van de buffer 0 °C blijft. Pas als al het water is veranderd in ijs, daalt de temperatuur verder. Het is de bedoeling dat dit niet gebeurt. Daar is de grootte van een buffer op berekend. Een regeling bewaakt de ijsvorming. Er mag geen grote ijsklomp ontstaan, anders kunnen de betonnen wanden scheuren. Leveranciers spreken over een gecontroleerde manier van ijs maken.Latente warmte in water
Het is een natuurkundig gegeven dat bij condenseren en bevriezen warmte vrijkomt, en dat juist bij het smelten en verdampen warmte moet worden toegevoerd. Om zo’n fase-overgang door te komen, is veel zogenaamde latente warmte nodig. Om een liter (kg) water in te kunnen vriezen, moet 334 kJ (0,093 kWh) aan energie worden afgevoerd. Dat is net zoveel energie als nodig om het water van 0 naar 80 graden te verwarmen. De aan de ijsbuffer onttrokken warmte wordt afgevoerd naar de warmtepomp, om te worden opgewaardeerd naar bruikbare warmte voor het verwarmen van een gebouw.
Latente warmte in water
Het is een natuurkundig gegeven dat bij condenseren en bevriezen warmte vrijkomt, en dat juist bij het smelten en verdampen warmte moet worden toegevoerd. Om zo’n fase-overgang door te komen, is veel zogenaamde latente warmte nodig. Om een liter (kg) water in te kunnen vriezen, moet 334 kJ (0,093 kWh) aan energie worden afgevoerd. Dat is net zoveel energie als nodig om het water van 0 naar 80 graden te verwarmen. De aan de ijsbuffer onttrokken warmte wordt afgevoerd naar de warmtepomp, om te worden opgewaardeerd naar bruikbare warmte voor het verwarmen van een gebouw.
Regeneratie door zonnewarmte
De ondergrondse waterbuffer is volgepropt met zwarte kunststof slangen. Meerdere lagen PE-lussen lopen dwars door de opslag. De kelder of tank ligt zo’n 80 tot 100 centimeter vorstvrij onder het maaiveld. De wanden zijn ongeïsoleerd, waardoor ook een beetje aardwarmte wordt benut. De grote toestroom van warmte bij regeneratie komt uit de buitenlucht en zonnewarmte. Die zorgen voor regeneratie van de water/ijsbuffer. Het hoeft daarbij niet per se om dure collectoren van een zonneboiler te gaan. Aanvankelijk ging het om een eenvoudige constructie van opgerolde zwarte slagen die op het dak stond. Nu worden vaak speciale platte dak-absorbers of een watervoerende energiehaag gebruikt.
Worst-case-scenario zonder reneratie
Het is de bedoeling dat vooral warmte uit de buitenlucht wordt opgevangen en minder directe instraling van zonlicht. Het worst-case-scenario gaat uit van 21 dagen zonder regeneratie. Zo’n periode is zeldzaam. Tijdens een langdurige vorstperiode is de buitentemperatuur overdag vaak net boven nul graden, zodat de luchtcollectoren alweer in staat zijn om de buffer een beetje te regenereren.
Grotere en kleinere systemen
Solareis is in Nederland een belangrijke leverancier van ijsbuffersystemen. De ronde betonnen buffers voor kleinere systemen bestelt Solareis bij het Duitse Viessmann. De grotere systemen ontwerpt Solareis zelf. Solareis Nederland heeft zowel voor de grote als kleinere systemen een regeling ontwikkeld die aan het einde van het stookseizoen stopt met regeneratie van de buffer. Er ontstaat dan een ijsklomp waarmee in de zomer passieve koeling mogelijk is. Bij Viessmann zelf kan alleen het complete pakket, inclusief warmtepomp Vitocal, worden besteld. Het voordeel is dat de warmtepompregeling ook de ijsvorming regelt. Binnenkort kan naast de betonnen buffer ook een goedkopere kunststof tank worden afgenomen.
Voordelen ten opzichte van wko
Solareis Nederland zag de ijskelder in het begin vooral als alternatief voor wko-bronnen of gesloten bodemcollectoren op plaatsen waar die niet mogelijk zijn. Tegenwoordig is dat niet de enige reden meer om de ijsbuffers toe te passen. Ook het geringe onderhoud ten opzichte van een wko met open bronnen geeft soms de doorslag. De betere regeneratie-mogelijkheden ten opzichte van een ondergrondse verticale bron zijn eveneens argumenten. Een reusachtige betonnen kelder vraagt overigens ook aandacht. Er is het gevaar van opdrijving tijdens de bouw en wegzakking in drassige bodems.
‘Veel bodemlussen in de bodem’
Vastgoedadviseur Marsaki in Goes paste ijskelders de afgelopen paar jaar twee keer toe. Bij een woningproject met 21 huizen werden individuele ijskelders in de tuinen geïnstalleerd, en vorig jaar werd bij een appartementencomplex een grote ijskelder in gebruik genomen. In beide gevallen was het een alternatief voor diepe verticale bronnen. Walter Koens: “Wij passen heel vaak bodemlussen toe. Maar wat je wel gaat krijgen, is dat je niet meer de grond in mag omdat er al heel veel bodemlussen aanwezig zijn.”
Terugzakkende bodemtemperatuur
Daarnaast kunnen bodemcollectoren niet altijd leveren volgens het ontwerp, vooral in woongebouwen met oudere bewoners. “Je weet dat een wko-systeem na verloop van tijd steeds meer energie kost omdat de bodemtemperatuur terugloopt. Wij zagen al na een paar jaar dat de bodemtemperatuur harder zakte dan waar de ontwerptemperatuur op is gebaseerd. Dat is voor de eigenaar een enorm risico; het gaat hem steeds meer elektriciteit kosten.” Waardoor koelde de bodem sterker af dan verwacht? Koens: “Huurders van sociale huurappartementen zijn vaak ouderen. Die hebben het in de winter niet zo snel warm. En in de zomer mag je gratis koelen, maar daar maken ze geen gebruik van. Ze vinden 25 graden wel lekker, met een deurtje open. Waarom zouden ze dus koelen? Het gevolg was dat de bodemlussen onvoldoende werden geregenereerd.”
Kruipruimtezak als alternatief
Een alternatief voor een betonnen of kunststof buffer is een kruipruimtezak. Solarfreezer is de naam van het systeem, dat naast een kruipruimtezak bestaat uit een Nibe-warmtepomp en PVT-collectoren van Volthera. In de kunststof zak zijn kunststof paneeltjes geplaatst die energie aan het water onttrekken of eraan toevoegen. De kruipruimtezak heeft een vaste inhoud van 12 m3 water en is zo’n 6 bij 4 meter breed en een halve meter hoog. De zak is gekoppeld aan een warmtepomp van 5 kW. Bij een grotere warmtebehoefte kunnen meerdere kruipruimtezakken worden geplaatst.
Warmteonttrekking uit regenwatertanks
Sinds kort werkt SolarFreezer ook met warmte-onttrekking uit betonnen regenwatertanks van Gep. De eerste proefinstallatie van SolarFreezer Rain draait inmiddels. Deze oplossing is vooral bedacht voor situatie waarbij de kruipruimte onvoldoende hoog is of zelfs ontbreekt. Bovendien bevordert regenwateropslag het terugdringen van het drinkwaterverbruik. Waar Solareis in Nederland met grote betonnen kelders meer op appartementsgebouwen en utiliteit focust, is Solarfreezer sterk gericht op particuliere woningen, zowel nieuwbouw als bestaande bouw.