Innovatieve warmtepomp met hoge temperaturen duurzaam alternatief voor cv-ketel

Auteur: Harmen Weijer. Foto’s: Tarnoc, tenzij anders vermeld.

De Tarnoc warmtepomp werkt met de air cycle techniek, en dus met lucht. Daardoor kent de warmtepomp niet het verdampings- en condenseringsproces, maar een volledige gascyclus.

De opgave in Nederland is helder: we willen van het aardgas af, en dat betekent voor veel bestaande woningen dat een warmtepomp in beeld komt voor de verwarming en warm tapwater. Maar vooral voor woningen uit de vorige eeuw betekent dat ze eerst goed geïsoleerd moeten en dat er overgestapt moet worden op een lage temperatuur afgiftesysteem. Dat is echter lang niet altijd mogelijk of betaalbaar, en wat Tijmen de Jong betreft ook niet nodig. “We zeggen altijd: het gebouw moet niet aangepast worden aan de warmtepomp, maar de warmtepomp moet aangepast worden aan het gebouw.”

Met dat gegeven zijn De Jong en Wijdeveld 4 jaar geleden begonnen met het ontwikkelen van de Tarnoc. “We hebben vooral gekeken naar de eigenschappen van de huidige gasgestookte cv-ketel, want die is men gewend. Als we dat ook in een warmtepomp kunnen verwerken, dan is een overstap veel makkelijker. Belangrijkste eigenschappen van een cv-ketel zijn: hoge temperatuur, stevig vermogen en de eenvoudige, snelle toepasbaarheid. Daarna zijn we kijken naar welke warmtepomptechniek hiervoor het beste te gebruiken is, en we kwamen uit bij air cycle techniek.”

De air cycle techniek is niet nieuw, maar wordt vooral gebruikt in de luchtvaartindustrie, en in de koeltechnische sector als men hele lage temperaturen wil bereiken van tussen de -50°C en -150°C. De Jong: “Dat kan dus ook andersom, dus voor warmte met temperaturen duidelijk boven de omgevingstemperatuur. Hoge temperatuur warmtepompen, dus.”

In gebouwde omgeving is echter dampcompressie de meest gebruikte warmtepomptechniek. De Jong legt uit: “Die warmtepompen werken met een gesloten circuit en een koudemiddel onder hoge en lage druk. Dat koudemiddel verdampt of condenseert op verschillende drukken. Dat effect levert warmte of koude op, dat in een huis voor verwarming en warm tapwater gebruikt kan worden. Het zijn juist die koudemiddelen die limiterend werken voor de hoogte van de gewenste temperatuur. Dat is ook de reden dat de meeste warmtepompen geen hoge temperaturen kunnen maken. Er zijn wel warmtepompen, die die hoge temperatuur kunnen behalen, maar die werken met twee cyclussen en met twee verschillende koudemiddelen. Dat maakt het systeem ingewikkeld en minder energiezuinig, zeker voor woningbouw. Bovendien zijn de koudemiddelen zelf vaak zeer milieubelastend, en de alternatieven zijn dat niet.”

Werken met lucht

De Tarnoc werkt met de air cycle techniek, en dus met lucht. De Jong: “Doordat we met lucht werken, heb je niet het verdampings- en condenseringsproces, maar een volledige gascyclus. En er zit geen koude zijde aan dit systeem, dat wordt gedaan door de koude lucht gewoon af te blazen. Het werkt als volgt: in de Tarnoc wordt buitenlucht aangezogen. Die wordt voorverwarmd met restwarmte. Via de compressor gaat de lucht langs de primaire en daarna langs de secundaire wisselaar, waar de warmte wordt afgegeven voor verwarming en warm tapwater. De Tarnoc heeft 5 tot 6 keer minder lucht nodig dan standaard lucht/water warmtepompen. Daardoor is er geen buitenunit nodig, met alle voordelen van dien. Want zo’n buitenunit maakt soms nogal wat geluid, en die heb je bij onze warmtepomp dus niet. En omdat we geen beperking van koudemiddelen hebben, kunnen we betrouwbaar hogere temperaturen maken van 80°C aanvoer en 60°C retour, en dat is exact hetzelfde als bij gasgestookte cv-ketels.”

De Tarnoc kan continu 10 liter water van 40°C per minuut produceren. Omdat het systeem bij warm watervraag iets langzamer op gang komt dan een standaard cv-ketel, wordt hij geleverd met een 30 of 50 liter buffervat.

De Tarnoc is inmiddels ook te gebruiken voor warm tapwater, want dat was bij het eerste prototype nog niet mogelijk. “Het is als in een combiboiler, dankzij een 3 wegklep wisselt de Tarnoc tussen de cv- en warm tapwatermodus. Hij heeft een vermogen van 20 kW, dat komt overeen met een cv-ketel CW3-klasse. Hij kan continu 10 liter water van 40°C per minuut produceren. Hij heeft in principe geen buffervat nodig, maar de Tarnoc komt iets langzamer op gang bij warm watervraag dan een standaard cv-ketel. Daarom leveren we hem nu met 30 of 50 liter buffervat.”

Dat hoge vermogen zorgt ook voor een hoger stroomverbruik: gemiddeld zo’n 6000 kWh per jaar bij een woning die nu circa 1400 m3 aan aardgas verbruikt. “Daar staat tegenover dat je geen aardgas meer hoeft te verbruiken. En omdat een deel van de energie wordt opgewekt via de Tarnoc, reduceer je het totale energieverbruik met ruim 50% en maak je een woning energiezuiniger”, stelt De Jong.

Formaat en gewicht

De Tarnoc moet worden teruggebracht naar een formaat van een wasmachine: 60 cm bij 60 cm en 110 cm hoog, en maximaal 100 kg.

Ook qua formaat en gewicht is de Tarnoc nog in ontwikkeling, want de turbineketel is nu nog 65 bij 75 centimeter, en een hoogte van 1 meter 60, bij een gewicht van 200 kg. “Die hebben we in de pilots met een kraan via het dak naar binnen moeten hijsen. Dat is natuurlijk geen optie als we hem grootschalig willen introduceren. We willen dat terugbrengen naar een formaat van een wasmachine: 60 cm bij 60 cm en 110 cm hoog, en maximaal 100 kg. Die kan nog via de trap omhoog worden gebracht. Maar dat vraagt voor ons nog wel de nodige engineering.”

Dankzij de winst in de zogeheten WarmteWissel Challenge, die in 2020 door 8 Brabantse woningcorporaties is gehouden, zijn er inmiddels 10 Tarnocs in verschillende soorten woningen van deze woningcorporaties geplaatst. “We hebben wat opstartissues gehad, zoals lekkages, waarvoor we uiteraard langs zijn gekomen. De mensen die hieraan meededen, wisten dat overigens van tevoren. Inmiddels draaien ze voor het doel waarvoor ze toegepast zijn, nog steeds naar behoren. We zetten uiteraard nog steeds stappen om de werking van het systeem verder te verbeteren.”

Foto: Bram Mertens, Brambooth Photo & Film

De interesse is inmiddels flink aanwezig. “Die is niet alleen afkomstig van grote woningeigenaren, zoals woningcorporaties. Wij hebben vele duizenden aanvragen ontvangen van geïnteresseerde particulieren om hen op de hoogte van de ontwikkelingen bij ons. Onze aandacht is nu nog vooral gericht op woningcorporaties, maar de markt is zo gigantisch groot dat we binnen zo’n twee jaar ons ook op de particuliere markt willen begeven. Als je alleen al ziet dat er vorig jaar 400.000 gasgestookte cv-ketels zijn verkocht, dan is er nog veel ruimte voor onze warmtepomp.”

Foto: Bram Mertens, Brambooth Photo & Film

Qua kostprijs moet er dan ook nog wel worden gesleuteld, want hij kost nu nog duidelijk meer dan een gemiddelde warmtepomp. “Ons doel is dat de Tarnoc vergelijkbaar wordt qua prijs als een hybride warmtepomp, incl. gasketel. Dat is wel een uitdaging, want het is een nieuwe techniek voor de woningsector. Het is daarom ook zaak grote aantallen te gaan produceren, dan gaat de kostprijs vanzelf omlaag”, besluit De Jong.

Foto: Bram Mertens, Brambooth Photo & Film | De turbineketel is nu nog 65 bij 75 centimeter, en een hoogte van 1 meter 60, bij een gewicht van 200 kg. In de pilots is hij met een kraan via het dak naar binnen gehesen, zoals hier bij een van de woningen van woningcorporatie Stadlander.