Onderzoek naar de inzet van transkritische warmtepompen met natuurlijke koelmiddelen voor de productie van warm tapwater op hoog rendement.

Probleemstelling
Het verbruik van fossiele brandstoffen voor onze dagelijkse energiebehoeftes staat meer dan ooit onder druk. De verbrandingsmotor lijkt gedoemd te verdwijnen en ook onze verwarming wordt langzaam maar zeker gas- en mazoutvrij. De warmtepomp lijkt deze laatste rol over te nemen, verwarmen aan hoge efficiëntie in combinatie met fossielvrije energie-input door gebruik van groene stroom. Voornaamste uitdaging betreft het counteren van het slechte imago van de actuele koelmiddelen naar impact op het milieu. Europa heeft sinds januari 2015 een F-gasverordening uitgevaardigd met een duidelijke uitfasering in het gebruik van de ‘oude’ koelmiddelen. Op de 28e vergadering van 15 oktober 2016 in Kigali (Rwanda) van de betrokken partijen van het Montreal Protocol werd aangaande ozonlaag afbrekende stoffen beslist dat de productie en het gebruik van HFK’s wereldwijd drastisch zal gereduceerd worden. Dit zogenaamde Kigali amendement heeft de ambitie om het equivalent van 70 miljard ton CO2 emissie te vermijden tegen 2050 (UNEP, OzonAction Fact sheet1). Anderzijds hebben huidige warmtepompen een probleem met het produceren van warm tapwater. De meeste toestellen kunnen géén warm watervat vullen aan een temperatuur boven 60°C, daarenboven produceren ze warmte op hoge temperatuur aan een slecht rendement (jaargemiddelde COP gelegen tussen 2 en 2,5).
Doelstelling
Binnen het voorliggende project wordt de opgebouwde expertise rond natuurlijke koelmiddelen van de expertisecel Energy aangewend om een oplossing te vinden voor bovenstaande problematiek. Het gebruik van CO2 als koelmiddel in warmtepompen lijkt géén evidentie omwille van het lage rendement bij een klassiek gebruik voor lage temperatuursverwarming. Omgekeerd echter, voor opwarming van koud leidingwater naar warm tapwater heeft CO2 in een transkritische cyclus een aantal bijzondere troeven en wordt het rendement net zéér interessant (COP’s > 4 haalbaar). Met de uitvoering van dit onderzoek wordt deze piste geanalyseerd en uitgewerkt in een demonstrator. Dit resulteert in een dubbel voordeel, nl het gebruik van milieuvriendelijke koelmiddelen voor de levering van warm tapwater aan hoog rendement.
Doelgroep
De verwarmingssector kampt met een gebrek aan ervaring in het ontwerp, de aanleg en het onderhoud van warmtepompen. De sector wordt daarenboven geconfronteerd met de strenge EU-wetgeving waarbij op relatief korte termijn een omschakeling naar natuurlijke koelmiddelen dient ingezet te worden. De doelgroep bij de uitvoering van dit project betreft dan ook de verschillende spelers in deze sector, van leveranciers van warmtepompen over installateurs maar uiteraard eveneens studenten in opleiding. Zij zijn allen sterk vragende partij in de opbouw van kennis rond deze materie.
Activiteiten
De uitvoering van dit project start met een vooronderzoek naar de theoretische achtergrond en stand van de markt op het vlak van CO2 warmtepompen. Vervolgens wordt een geschikt concept gezocht dewelke in detail wordt uitgewerkt in een ontwerp. Dit vormt de basis voor de bouw van een prototype waarop een extensieve meetcampagne wordt uitgevoerd incluis uitgebreide analyse van het potentieel van dergelijke warmtepompen.
Projectresultaten
Als resultaat wordt verwacht dat een werkende demonstrator de mogelijkheden en beperkingen van een CO2 tapwater-warmtepomp zal aantonen voor verschillende tapwaterconfiguraties en diverse toepassingen (residentieel, zorginstellingen,…). De impact op ecologie én economie wordt hierbij niet uit het oog verloren. Verder wordt een opleidingshandleiding uitgewerkt omtrent het gebruik van dit type warmtepompsysteem.