Thermo-akoestische warmtepompen: 'Deze techniek staat op het punt van doorbreken'

Warmtepompen gaan een steeds belangrijkere rol spelen bij het duurzaam verwarmen en koelen van onze woningen en kantoorpanden. Simon Hageman is vanuit Saxion betrokken bij landelijk onderzoek naar de doorontwikkeling van een nieuw soort warmtepompen: installaties die werken op basis van thermo-akoestiek. Simon: “Dit is een nieuwe ontwikkeling. We verplaatsen warmte met behulp van geluidsgolven.”

Simon, kun je iets meer vertellen over het onderzoek?

“Ons onderzoek maakt deel uit van een groot, overkoepelend onderzoeksprogramma, dat weer onderdeel is van het Klimaatakkoord: de Meerjarige Missiegedreven Innovatie Programma’s, kortweg MMIP. Binnen allerlei programma’s en deelonderzoeken werken we met kennisinstellingen, het bedrijfsleven en organisaties aan een aardgasvrije gebouwde omgeving. Daarvoor ontwikkelen we klimaatneutrale energiesystemen. Vanuit Saxion maken we onderdeel uit van een onderzoeksgroep die werkt aan het ontwikkelen van een thermo-akoestische warmtepomp.”

Kun je uitleggen wat een warmtepomp doet?

“Een warmtepomp verplaatst warmte. Dat gaat niet vanzelf. Je moet er ook energie instoppen. Het voordeel van een warmtepomp is dat de hoeveelheid energie die je er in stopt een factor minder is dan de warmte die hij verplaatst. Hij genereert dus extra energie. Een dergelijke pomp onttrekt bijvoorbeeld energie uit de buitenlucht of uit de grond. Hij verzamelt energie en verplaatst deze naar een installatie in een bepaalde ruimte. Die installatie verwarmt de ruimte of koelt hem juist af. Denk aan vloerverwarming of aan een airco. Een koelkast is een klassiek voorbeeld van een warmtepomp. Die onttrekt warmte aan de ruimte in de koelkast en verplaatst die warmte naar de achterzijde waardoor het daar warm aanvoelt.”

De techniek bestaat dus al heel lang.

“Dat klopt. In een koelkast gebeurt dat met een koudemiddel, in dit geval ammoniak. Dat is de vloeistof waarmee de warmte wordt verplaatst. Er is sprake van verdamping: de warmte wordt onttrokken aan de koelruimte. En er is sprake  van condensvorming: de warmte wordt afgestaan aan de achterzijde van de koelkast. Dat proces zorgt ervoor dat de ruimte waarin we ons levensmiddelen bewaren, gekoeld wordt.”

Wat doet de thermo-akoestische warmtepomp, waar jullie onderzoek naar doen?

“Een thermo-akoestische warmtepomp maakt gebruik van een geluidsgolf. De golf zorgt ervoor dat gas kan uitzetten en weer ingedrukt wordt. Op het moment dat gas uitzet, kan het warmte opnemen. Als de geluidsgolf gas indrukt, geeft het gas warmte af. Net als bij het induwen van een fietspomp. Ook dan verhoog je de druk. De lucht in de pomp warmt op en vervolgens koelt hij weer af. We werken voor de thermo-akoestische warmtepomp samen met de start-up Blue Heart Energy. Daar is men gespecialiseerd in de techniek van thermo-akoestische golven. Zij ontwikkelen het hele systeem, te beginnen met een 1 kilowatt-model. Uiteindelijk komt er een groter 4 kilowatt-model. Eén van deze modellen gaan wij bij Saxion in ons laboratorium testen. We brengen bijvoorbeeld in kaart hoe de pomp zich gedraagt, wat de energieomzettingen zijn en wat het elektriciteitsverbruik is.”

Hebben we het dan al over grote warmtepompen?

“Het 1 kilowatt-model is de kern van zo’n systeem. Dat model heeft de omvang van een gemiddelde stofzuiger. Wat er nog bijkomt is het systeem waarmee je de warmte bijvoorbeeld aan de lucht onttrekt. Dat zijn de airco-units die je bij huizen en bedrijfspanden als luchtcondensor aan de buitenkant ziet hangen.”

Wat is het voordeel van het werken met geluidsgolven, vergeleken met de manier waarop bestaande warmtepompen werken?

“Bij het inzetten van geluidsgolven heb je weinig wrijvingsverliezen en dus ook weinig energieverlies. De techniek zorgt voor een hoger rendement.”

Waar komen we de thermo-akoestische pompen straks tegen?

“Ik denk dat ze vooral bij woonhuizen ingezet zullen worden. Het is een vrij klein systeem dat eenvoudig te installeren is. De pompen gaan er aan bijdragen onze huizen van het aardgas af te krijgen. Op grotere schaal zijn er ook mogelijkheden, maar we zitten nu nog in een onderzoeksfase waarin die mogelijkheden nog niet altijd goed te overzien zijn. Deze techniek staat op het punt van doorbreken. Er wordt dan ook breder gekeken naar hoe we hem kunnen inzetten.”

Wat maakt het Saxion-onderzoek dan zo specifiek?

“Als onderzoeksgroep vanuit het lectoraat Duurzame Energievoorziening hebben we ervaring met het testen in living labs: bewoonde huizen. Als we de modellen eerst in onze eigen labs hebben getest, kunnen we ze ook echt in woonhuizen installeren en meten hoe ze zich in de praktijk gedragen. We bevinden ons nu nog in het eerste traject van het onderzoek, maar als we vervolgsubsidie kunnen aanvragen, gaan we de modellen de komende  jaren in de praktijk testen. In huizen, kantoren of andere soorten gebouwen. Daarna zullen de installaties, na certificering, echt hun weg naar de markt vinden.”

Vinden we deze thermo-akoestische warmtepompen straks ook in onze Saxiongebouwen, denk je?

“Dat hoort wel tot de mogelijkheden. Ik zou het erg graag willen. Ook in de testfase kunnen we misschien al zo’n pomp in een klaslokaal installeren. Dat lokaal functioneert dan als living lab. We hebben dan ook beter zicht op de omstandigheden waarin de pomp functioneert. In een woonhuis, op afstand, is het gedrag van bewoners van grote invloed op de testresultaten. Als ze alle ramen openzetten bij de voorjaarsschoonmaak, dan krijgen we andere resultaten dan wanneer het huis dicht zit en de bewoners naar hun werk zijn. In grote gebouwen, zoals we die Saxion hebben, kunnen thermo-akoestische warmtepompen in de toekomst zeker bijdragen aan een duurzame manier om ons binnenklimaat te beheersen. Zowel met verwarmen als met koelen. Natuurlijk speelt ook de economische afweging mee. Wat investeer je en wat levert het op aan energiebesparing? Toch is het een mooi vooruitzicht dat we dit soort pompen mee kunnen nemen in de plannen voor de verduurzaming van onze gebouwen. Ik juich die ontwikkeling zeker toe.”

Eerder verscheen ook al een artikel over duurzame warmtenetten voor de gebouwde omgeving.