Vrije verwarming met warmtepomp

100% hernieuwbare energie

Trane is pionier op het gebied van vrije verwarming. Dat vrije koeling energie bespaart is alom bekend, maar de tegenhanger vrije verwarming wordt nog maar zelden toegepast, terwijl er een enorme besparing mee kan worden gerealiseerd. Trane Nederland wil daar verandering in brengen, want vrije verwarming maakt verwarmen met een warmtepomp 100% duurzaam.

Niet alleen vrije koeling…

Bij vrije koeling wordt een ruimte of procesvloeistof gekoeld zonder mechanische koeling, maar via een droge koeler voor een koelwaterlus of de economizer van een rooftop- of luchtbehandelingsunit. De buitentemperatuur moet hiervoor dan wel laag genoeg zijn.

Ventilatoren en pompen blijven bij vrije koeling nog steeds nodig, maar het elektriciteitsverbruik voor de compressor van de koelmachine daalt tot nul of bijna nul. Daar zit de grote besparing die vrije koeling oplevert.

…maar ook vrije verwarming

Bij vrije verwarming is het de bedoeling om de warmteproductie van de warmtepomp te behouden, maar het energieverbruik van de warmtepomp zelf weg te strepen.

Neem bijvoorbeeld een warmtepomp die 400 kW aan nuttige warmte produceert, zelf 100 kW aan elektriciteit gebruikt en 300 kW onttrekt aan bijvoorbeeld omgevingslucht, de grond, een meer, verbrandingsgassen of vloeistoffen.

De warmtepomp produceert dan 75% van de warmte door gebruik te maken van hernieuwbare bronnen. Om te kunnen spreken van vrije verwarming moet de 25% energie die de thermodynamische cyclus kost ‘verdwijnen’.

Verwarmen met 100% hernieuwbare energie

Gratis warmte uit hernieuwbare bronnen, zonder elektriciteitskosten voor de warmtepomp… Dat lijkt te mooi om waar te zijn, maar is bijvoorbeeld mogelijk door een slimme combinatie van warmteopwekking en koudeterugwinning.

De twee belangrijkste obstakels voor de toepassing van vrije verwarming met warmtepompen — de watertemperatuur en de hoge investering — zijn al uit de weg geruimd.

Tot 85 °C dus overal toepasbaar

Eén probleem bij de inzet van warmtepompen was de watertemperatuur. Die was niet hoog genoeg voor een aantal toepassingen. Maar de nieuwste koudemiddelen, bijvoorbeeld R1234ze, kunnen een maximumtemperatuur bereiken die vergelijkbaar is met die van een verwarmingsketel. Zelfs 85 °C! De meeste toepassingen zijn nu mogelijk, ook ruimteverwarming en sanitair warm water, inclusief legionellapreventie.

Equipment as a Service

Een andere kwestie is de hoge investering. De energierekening is met een warmtepomp veel en veel lager dan met een verwarmingsketel, maar in aanschaf en installatie is een warmtepomp prijziger. Voor bedrijven en instellingen die een duurzame oplossing prefereren maar aanhikken tegen de initiële kosten, is er Trane EaaSy: Equipment as a Service. Het investeringsprobleem is hiermee in veel gevallen opgelost.

Trane EaaSy

Voorbeelden vrije verwarming

Het perspectief van vrije verwarming maakt verwarmen met een warmtepomp extra voordelig en duurzaam.

In de praktijk is natuurlijk een grondige analyse nodig — met een goed begrip van de warmtevraag en de belastingsprofielen — om te beoordelen of vrije verwarming mogelijk is.

De twee meest voor de hand liggende scenario’s met vrije verwarming zijn:

• warmteopwekking gecombineerd met koudeterugwinning,
• warmteopwekking met hernieuwbare elektrische energie.

Gecombineerd met koudeterugwinning

Bijvoorbeeld een ziekenhuis dat in de zomer verwarming én koeling nodig heeft. Door warmteopwekking te combineren met koudeterugwinning is het mogelijk om ’s zomers te profiteren van vrije verwarming.

De bestaande situatie:

• koelsysteem van 3 MW (verbruik koelmachines 1 MW),
• cv-ketel op gas voor 400 kW warmte (dito verbruik).

Bij het alternatief met vrije verwarming wordt de ketel vervangen door een water/water-warmtepomp waarbij de koudebron de koellus van het ziekenhuis is. De warmtepomp produceert 400 kW warmte, verbruikt 100 kW elektriciteit en levert tegelijkertijd 300 kW koeling. Dat betekent dat de koelmachines nu slechts 2,7 MW koeling hoeven te leveren om aan de vraag van 3 MW te voldoen.

De nieuwe situatie:

• koelsysteem van 3 MW, waarvan 2,7 MW van koelmachines en 300 kW van warmtepomp (verbruik koelmachines 900 kW),
• warmtepomp voor 400 kW warmte (100 kW verbruik).

Het verbruik is gedaald van 1,4 MW naar 1 MW. Het ziekenhuis heeft nu 400 kW warmte die 100% gratis is, omdat het gasverbruik van 400 kW is komen te vervallen.

Met hernieuwbare elektrische energie

Bijvoorbeeld een fabriek die PV-panelen heeft laten plaatsen voor de airco ‘s zomers, maar ’s winters stroom teruglevert aan het net terwijl de verwarmingsketel gas verbruikt.

Als ze de ketel vervangen door een lucht-naar-water-warmtepomp kunnen ze profiteren van vrije verwarming. De elektrische energie van de PV-panelen gaat in de winter naar warmteopwekking. De warmtepomp draait met 100% gratis hernieuwbare energie.