Technologie

Na een succesvolle demonstratie van de technologie in een corporatiewoning wordt nu de marktintroductie voorbereid. Vanaf komende winter gaat Cooll in grotere aantallen de warmtepomp demonstreren in woningen, en in samenwerking met een groot internationaal consortium wordt een pilot op waterstof uitgevoerd.

De warmtepomp van Cooll is de één-op-één vervanger van de HR-gasketel in bestaande woningen, kan met zowel hoge als lage temperatuurverwarming gecombineerd worden en heeft geen losse buitenunit. De warmtepomp wordt aangedreven door gas of waterstof en onttrekt warmte aan de buitenlucht waardoor 30 tot 50% gas wordt bespaard en de uitstoot van CO2 met 30 tot 50% wordt gereduceerd. Kenmerkend voor Cooll is dat dit gebeurt zónder noemenswaardige toename van elektraverbruik. Besparingen hoger dan 40% kunnen gehaald worden bij vervanging van oudere verwarmingstoestellen of in combinatie met complementaire duurzame technieken in het verwarmingssysteem.

De warmtepomp is compact, stil, onderhoudsarm en heeft een beperkte terugverdientijd. Dit maakt de warmtepomp bij uitstek geschikt voor de bestaande woningen. Zonder comfortverlies worden tientallen euro’s per maand bespaard. Er worden op haalbare en betaalbare wijze labelstappen gemaakt om daarmee te voldoen aan de klimaatdoelstellingen.

Werking

Cooll’s adsorptiewarmtepomp bevat een vergelijkbare continue cyclus als een normale elektrische warmtepomp. Compressie van het koudemiddel vindt nu echter plaats met een door warmte aangedreven adsorptiecompressor in plaats van een elektrisch-mechanische compressor. De benodigde warmte is hierbij afkomstig uit een brander.

De adsorptiecompressor bestaat uit twee drukvaten gevuld met hoogwaardige actieve kool die cyclisch worden verwarmd en afgekoeld; een complete cyclus duurt ongeveer 10 minuten. Tijdens verwarming van zo’n drukvat (tot ongeveer 180 °C) wordt het koudemiddel onder hoge druk uit het adsorptiemateriaal geperst en via een passief ventiel naar de hogedrukzijde van de warmtepomp geleid. Het koudemiddel condenseert in de condensor en geeft daar zijn warmte af aan het verwarmingscircuit van de woning (op bijvoorbeeld 60 °C), waarna de druk van het koudemiddel wordt verlaagd via het expansieventiel. Het koudemiddel verdampt weer in de verdamper bij een lage temperatuur (bijvoorbeeld 0 °C van de buitenlucht) en neemt zo energie op uit de koude omgeving. Daarna stroomt het koudemiddel via een passief ventiel naar het andere drukvat dat op de begintemperatuur staat (60 °C in dit voorbeeld), waarbij het koudemiddel weer aan het adsorptiemateriaal adsorbeert. Na ongeveer 5 minuten draait de functie van de twee drukvaten om en zo ontstaat een continu proces. Ten opzichte van een standaard verbrandingsketel zit de winst in de extra warmte die via de verdamper en de condensor beschikbaar komt.

Innovaties

De voordelen van de technologie zijn het resultaat van de integratie van enkele innovaties, die sinds 2010 door Cooll en haar partners systematisch zijn ontwikkeld:

  1. Carbon-ammonia adsorptiecyclus met ‘thermal wave heat recovery’ binnen de adsorptiecompressor. Hiermee wordt het hoge rendement van de technologie bereikt.
  2. Uniek ontwerp van de twee adsorptie-vaten, geoptimaliseerd voor de ‘thermal wave heat recovery’ werking. Daarnaast is het compressorontwerp geoptimaliseerd voor maximale energiedichtheid en dus minimale afmetingen, wat belangrijk is voor toepassing in een consumentenproduct met compacte afmetingen en laag gewicht.
  3. Hoogwaardige actieve kool, volledig geoptimaliseerd voor toepassing in de technologie. Samen met het ontwerp van de adsorptiecompressor vormt dit het hart van de technologie.

Voordelen

Cooll’s gepatenteerde technologie resulteert in een aantal belangrijke voordelen ten opzichte van vergelijkbare technieken:

  1. Reductie van 30-50% van de benodigde energie en bijbehorende CO2-uitstoot, in vergelijking met traditionele gasgestookte verwarmingstechnologieën. Ook in vergelijking met elektrische warmtepompen is de CO2-uitstoot lager, zeker zolang de kolencentrales in Nederland niet zijn gesloten. Meer informatie is hier te vinden.
  1. De technologie is ook prima geschikt voor duurzamere energiedragers zoals biogas en (groen) waterstof, waarmee verdere reductie in CO2-uitstoot mogelijk wordt. Voordeel van deze energiedragers (ten opzichte van groene stroom) is dat deze op seizoensbasis opgeslagen kunnen worden voor gebruik in koude periodes. Daarmee komt voor de toekomst een omzettingstechnologie beschikbaar in een nieuwe duurzame energieketen t.b.v. woningverwarming:

Energieopwekking vanuit (zomerse) overschotten aan elektriciteit (via PV en wind) → omzetting en buffering  (bijvoorbeeld via waterstof) → distributie (via het bestaande gasnet) → zeer efficiënte omzetting naar warmte, toepasbaar in de bestaande bouw (via onze technologie).

Dit voorkomt kostbare piekverzwaring van de elektriciteitsopwekking en het distributienet, nodig bij grootschalige toepassing van elektrische warmtepompen in koude periodes.

  1. De technologie kan het hart vormen van een lucht-water gaswarmtepomp, op korte termijn een mogelijke opvolger van de HR-ketel in de bestaande bouw: 

a. Door het lage gewicht is het systeem geschikt voor binnenplaatsing, de afmetingen zijn vergelijkbaar met die van een grote HR-ketel. 

b. De warmtepomp kan daarbij buitenlucht (via de woningschil) als warmtebron gebruiken. Voor een efficiënte werking is dus geen bodembron nodig. 

c. Hij kan zonder groot rendementsverlies worden aangesloten op traditionele hoge temperatuur (HT) radiatoren. 

d. De technologie is stil (geen bewegende delen in decompressor). 

e. De technologie is relatief eenvoudig, waardoor naar verwachting een acceptabele terugverdientijd mogelijk is. Hiermee komt een grote markt en bijbehorende verduurzaming binnen bereik. 

  1. Koeling is als extra optie mogelijk, al dan niet aangedreven door zonnecollectoren.

Toepassingen

De technologie kan met verschillende brandstoffen, warmtebronnen en afgiftesystemen worden toegepast.

Brandstof

In feite zijn alle brandbare energiedragers toe te passen met Cooll’s technologie, waarbij het aandrijfcircuit van de warmtepomp uiteraard wel afgestemd moet zijn op het type brandstof. Belangrijke mogelijkheden:

  • Methaan (aardgas, biogas of een mengsel van beide). Een gasgestookte warmtepomp kan daarmee op korte termijn een energiezuinig alternatief vormen voor de HR-ketel.
  • Waterstof. Een warmtepomp aangedreven door waterstof kan op termijn een manier zijn om zuinig om te springen met (groen) waterstof, wanneer dat beschikbaar komt via waterstofnetwerken. Meer informatie over deze route:

Waterstof, de sleutel voor de energietransitie (zie bijvoorbeeld pagina 22).
www.tvvl.nl/k/n190/news/view/27439/512/waterstof-de-sleutel-voor-de-energietransitie.html

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

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

 

  • Biomassa (houtpellets). Een warmtepomp gestookt op houtpellets zal 30-40% zuiniger omgaan met houtpellets dan een normale pelletbrander.

 

  • Zonnewarmte. Alleen van toepassing voor de extra mogelijkheid om in de zomer zonder elektriciteitsverbruik te koelen.

Warmtebron

Net als bij elektrische warmtepompen kan gekozen worden voor:
 

  • Buitenlucht. Bij elektrische warmtepompen wordt vaak een buitenunit toegepast. De warmtepomp van Cooll heeft als voordeel dat het opgenomen vermogen van de verdamper lager is, waardoor hij in de woningschil geïntegreerd kan worden.
  • Water. Bijvoorbeeld een grondbron of een centrale bron (in appartementen).

Afgiftecircuit

Hierbij kan onderscheid worden gemaakt tussen:

  • Hoge temperatuur (HT) centrale verwarming (bestaande woningen).
  • Lage temperatuur (LT) centrale verwarming (vloerverwarming, meestal in nieuwbouw).

De hoogste besparing wordt gehaald bij toepassing met LT systemen (ongeveer 40% in vergelijking met een moderne HR-ketel). Echter, anders dan bij elektrische warmtepompen, blijft de energiebesparing relatief gunstig bij HT systemen. De besparing ligt in deze situatie rond 35%, in vergelijking met een HR-ketel, waardoor de technologie bij uitstek geschikt is voor toepassing in bestaande woningen.