Technologie

Nach einer erfolgreichen Demonstration des SuperHybrid in einem Gebäude einer Wohnungsbaugenossenschaft wird nun die Markteinführung vorbereitet. Ab kommendem Winter beginnt Cooll damit, die Wärmepumpen in größeren Stückzahlen in Wohnhäusern zu demonstrieren. Außerdem wird ein Wasserstoff Pilotprojekt in Kooperation mit einem großen internationalen Konsortium durchgeführt.

 

Der SuperHybrid von Coll ersetzt einen Brennwertkessel in bestehenden Wohnhäusern, kann mit einer Hoch- als auch Niedertemperaturheizung kombiniert werden und besitzt keine separate Außeneinheit. Die Wärmepumpe wird mit Erdgas oder Wasserstoff betrieben und entzieht der Außenluft Wärme, sodass 30 bis 50 % Gas eingespart und somit auch der CO2 Austoß um 30 bis 50% reduziert wird. Kennzeichnend für Cooll ist, dass diese Gasreduktion ohne signifikante Zunahme des Stromverbrauchs möglich ist. Einsparung von über 40 % können durch den Austausch älterer Heizkörper oder in Kombination mit ergänzenden nachhaltigen Technologien im Heizsystem erreicht werden.

Der SuperHybrid ist kompakt, leise, wartungsarm und hat eine begrenzte Amortisationsdauer. Das macht die Wärmepumpe ideal geeignet für Bestands- bzw. Altbaugebäude. So können ohne Komfortverlust zig Euros pro Monat gespart werden. So werden auf machbare und bezahlbare Weise Schritte unternommen, um die Klimaziele zu erreichen zu können.

Funktionsweise

Coolls SuperHybrid besitzt einen vergleichbaren kontinuierlichen Kreislauf wie eine normale elektrische Wärmepumpe. Die Kompression des Kältemittels findet hier in einem wärmegetriebenen Adsorptioskompressor anstatt eines elektrisch betriebenen mechanischen Kompressors statt. Der Brenner stellt die dafür benötigte Wärme bereit.

 

Der Adsorptionskompressor besteht aus zwei mit hochwertiger Aktivkohle gefüllten Druckbehältern, welche zyklisch erhitzt und abgekühlt werden. Ein gesamter Zyklus dauert etwa 10 Minuten. Während der Erwärmung des Druckbehälters (bis ca. 180 °C) wird das Kältemittel unter hohem Druck aus dem Adsorptionsmaterial gepresst und durch ein passives Ventil zum Hochdruckteil der Wärmepumpe geleitet. Das Kältemittel kondensiert im Verflüssiger und gibt dort seine Wärme an den zentralen Heizwasserkreislauf des Hauses (z.B. ca 60 °C) ab. Anschließend wird der Druck des Kältemittels in einem Drosselventil wieder reduziert. Das Kältemittel verdampft im Verdampfer erneut bei einer niedrigen Temperatur (z.B. 0 °C an der Außenluft) und nimmt so Energie der kalten Umgebung auf. Anschließend strömt das Kältemittel durch ein passives Ventil in den anderen Druckbehälter, wo es bei Starttemperatur (60 °C in diesem Beispiel) wieder vom Adsorptionsmaterial adsorbiert wird. Nach etwa 5 Minuten dreht sich die Funktion der beiden Druckbehälter um und es entsteht ein kontinuierlicher Prozess. Verglichen mit einem herkömmlichen Verbrennungskessel entsteht die zusätzliche Wärme durch den Verdapfer und den Verflüssiger.

Innovationen

Die Vorteile dieser Technologie sind das Resultat der Integration einzelner Innovationen, die seit 2010 durch Cooll und ihren Partnern systematisch entwickelt wurden:

1. Kohlenstoff-Ammoniak Adsorptionszyklus durch ‘Wärmerückgewinnung mit thermischen Wellen’ innerhalb des Adsorptionskompressors. Hiermit wird die hohe Effizienz des Systems erreicht.

2. Einzigartige Konstruktion beider Druckbehälter, welche für die Funktionsweise der ‘Wärmerückgewinnung mit thermische Wellen’ optimiert wurden. Zusätzlich wurde das Kompressordesign auf maximale Energiedichte und damit minimalen Abmessungen optimiert. Dies ist wichtig für die Anwendung in einem Endkundenprodukt mit kompakten Abmessungen und einem geringen Gewicht.

3. Hochqualitative Aktivkohle, welche vollständig für Anwendung dieser Technologie optimiert wurde. Die Kombination mit dem Design des Adsorptionskompressors bildet das Herzstück der Technologie.

Vorteile

Coolls patentierte Technologie resultiert in einigen wichtigen Vorteilen gegenüber vergleichbaren Technologien.

  • Reduktion von 30-50 % der benötigten Energie und entstehenden CO2 Emissionen im Vergleich mit herkömmlichen gasbetriebene Heiztechnologien. Auch im Vergleich mit elektrischen Wärmepumpen ist der CO2 Ausstoß geringer, insbesondere solange in den Niederlanden Kohlekraftwerke zur Stromproduktion verwendet werden. Hier finden Sie weitere Informationen dazu.

  • Die Technologie ist ebenfalls gut für den Betrieb mit nachhaltigen Energieträgern wie Biogas und (grünen) Wasserstoff geeignet, wodurch eine weitere Reduktion der CO2 Emissionen möglich wird. Vorteil dieser Energieträger (verglichen mit Ökostrom) ist, dass diese saisonal für den Gebrauch in kälteren Jahreszeiten gespeichert werden können. Damit steht in Zukunft eine Konversionstechnologie für eine neue, nachhaltige Energieversorgung zur Beheizung von Wohngebäuden zur Verfügung:

Energieerzeugung durch einen Überschuss an elektrischer Energie (durch PV und Windkraft) im Sommer → Umwandlung und Speicherung (z.B. mit Wasserstoff) → Distribution durch das bereits existierende Gasnetz → Hocheffiziente Umwandlung in Wärme, umsetzbar in Bestandsgebäuden (durch unsere Technologie).

Dies reduziert die Kosten der Energieerzeugung und des Distributionsnetzes, welche für eine flächendeckenden Nutzung von elektrischen Wärmepumpen in kalten Jahreszeiten benötigt werden.

  • Die Technologie kann zum Herzstück einer Luft-Wasser Gaswärmepumpe werden, sowie kurzfristig zu einem möglichen Nachfolger des Brennwertkessels in Bestandsgebäuden:

 

a. Durch das niedrige Gewicht ist das System für eine Montage im Haus geeignet, die Abmessungen sind vergleichbar mit denen eines großen Brennwertkessels.

b. Der SuperHybrid kann die Umgebungsluft (über die Gebäudefassade) als Wärmequelle nutzen. Für eine effiziente Nutzung ist somit keine Erdwärme nötig.

c. Der SuperHybrid kann ohne signifikanten Effizienzverlust an herkömmliche Hochtemperatur Heizkörper angeschlossen werden.

d. Die Technologie ist geräuscharm (keine bewegenden Bauteile innerhalb des Kompressors).

e. Die Technologie ist relativ simpel, wodurch eine akzeptable Amortisationsdauer erwartet werden kann. Damit kommt eine großer Markt und eine damit verbundene Nachhaltigkeit in Reichweite.

  • Kühlung ist als Zusatzoption möglich, unabhängig davon ob diese mit oder ohne Sonnenkollektoren betrieben wird.

Anwendungen

Die Technologie kann mit verschiedenen Brennstoffen, Wärmequellen und Versorgungssystemen betrieben werden.

Brennstoff

Tatsächlich kann Coolls Technologie mit allen verbrennbaren Energieträgern betrieben werden, wobei der Antriebskreislauf der Wärmepumpe natürlich an die Art des Brennstoffs angepasst werden muss. Wichtige Möglichkeiten:

  • Methan (Erdgas, Biogas oder eine Mischung aus beiden). Eine gasbetriebene Wärmepumpe kann damit kurzfristig eine energieeffiziente Alternative zum Brennwertkessel werden.

  • Wasserstoff. Eine mit Wasserstoff betriebene Wärmepumpe kann eine saubere Möglichkeit sein, auf (grünen) Wasserstoff umzusteigen, sobald eine Wasserstoffversorgung verfügbar ist. Weitere Informationen darüber hier:

     Wasserstoff, der Schlüssel für die Energiewende (z.B. Seite 22 auf Niederländisch)

www.tvvl.nl/k/n190/news/view/27439/512/waterstof-de-sleutel-voor-de-energietransitie.html

     Wird Wasserstoff Erdgas ersetzen (auf Niederländisch)?

https://nos.nl/artikel/2241034-wordt-waterstof-de-vervanger-van-aardgas.htmlo

Leeds H21 projekt. https://www.h2-international.com/2018/09/03/h21-leeds-tests-switch-to-hydrogen/

 

  • Biomasse (Holzpellets). Eine mit Holzpellets betriebene Wärmepumpe nutzt Holzpellets 30-40 % efizienter als ein herkömmlicher Pelletbrennofen.

 

  • Solarthermie. Nur möglich für eine zusätzliche Nutzung der Kühlung ohne zusätzlichen Stromverbrauch im Sommer.

Wärmequelle

Ebenso wie bei elektrischen Wärmepumpen kann gewählt werden zwischen:

  • Außenluft. Elektrischen Wärmepumpen verwenden häufig eine Außeneinheit. Die Wärmepumpe von Cooll hat den Vorteil, dass das aufgenommene Leistung des Verdampfers geringer ist, wodurch diese in die Außenfassade des Gebäudes integriert werden kann.

    Wasser. Zum Beispiel in Kombination mit Erdwärme oder einem zentralen Wärmesystem (in Mehrfamilienhäusern)

Heizungskreislauf

Hierbei kann unterschieden werden zwischen:

Zentrales Hochtemperatur (HT) Heizsystem (Bestandsgebäude bzw Altbau)

Zentrales Niedertemperatur (LT) Heizsystem (Fußbodenheizung, meist in Neubauten)

Die höchste Energieeinsparung kann bei Niedertemperatursystemen (LT) (ca 40 % verglichen mit einem modernen Brennwertkessel) erreicht werden. Im Gegensatz zu elektrischen Wärmepumpen bleiben die Einsparungen bei Hochtemperatursystemen (HT) jedoch relativ gering. Die Einsparung liegt in diesem Fall bei etwa 35 % im Vergleich zu einem Brennwertkessel, wodurch die Technologie ideal für Bestands- bzw Altbaugebäude geeignet ist.