Met CO₂ tegen CO₂

© Jan Reich, keizerrijkmedia

© Jan Reich, keizerrijkmedia

In de winter graag warm en in de zomer aangenaam gekoeld, zo stellen wij ons ons huis en de omgevingstemperatuur op onze werkplek voor. Natuurlijk zijn we er ook aan gewend dat er op verzoek warm water beschikbaar is. In het kader van de klimaatverandering krijgen efficiënte en klimaatneutrale toepassingen in alle levensgebieden steeds meer betekenis.

Hoe kan dit efficiënt worden gerealiseerd? Hiervoor bieden zich met CO2-gevulde warmtepompen aan, die in combinatie met windstroom CO2-neutraal kunnen worden bedreven. In tegenstelling tot de tot nu toe gebruikte fluorkoolwaterstoffen (FCKW) is het broeikaspotentieel (=1) zeer laag. Bij de momenteel gebruikte koudemiddelen, zoals R134a, is het broeikaspotentieel 1430 keer hoger. Bovendien kunnen met CO2 zeer hoge watertemperaturen worden bereikt, waarmee ook bestaande gebouwen efficiënt kunnen worden verwarmd. Bij een gebouw kunnen de CO2-uitstoot die ontstaat door verwarming en airconditioning in het uiterste geval met een factor 20 worden verminderd. De grootste uitdaging van een CO2-warmtepomp is dat de installatie de hogere drukken moet kunnen weerstaan. Een conventionele installatie werkt bij 24 bar, bij een installatie van deze omvang minimaal 120 bar. Dit betekent dat bijvoorbeeld de onderdelen een dikkere wanddikte moeten hebben.

De BKW Kälte-Wärme-Versorgungstechnik GmbH uit Wolfschlugen en de Hochschule Reutlingen doen gezamenlijk onderzoek met Enisyst GmbH (Pliezhausen), die slimme oplossingen voor energiemanagement en de geoptimaliseerde besturing van complexe energiesystemen ontwikkelen.

Dit gezamenlijke onderzoeksproject wordt ondersteund door het "Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand" (ZIM), met een bedrag van 600.000 euro van het Bundesministerium für Wirtschaft. Het gaat echter om meer dan koeltechniek: door gerichte simulatie en de evaluatie ervan met behulp van AI worden vroegtijdige en voorspellende onderhoudsmogelijkheden mogelijk gemaakt en worden automatisch defecte bedrijfstoestanden gedetecteerd. Een comfortabele remote toegangsmogelijkheid met analysetool voor de exploitant van de installatie is inbegrepen. De digitale tweeling van de installatie meldt vóór de daadwerkelijke storing, zoals dat tot nu toe het geval was, al afwijkingen die anders tot grotere defecten of uitval zouden kunnen leiden.

De besturing wordt afgeleid van de conventionele warmtepompbesturing en aangepast aan de gevraagde functionaliteit. In de besturing is bovendien de interface voor de integratie in een zogenaamde koud warmtenetwerk weergegeven. De digitale tweeling van deze koude installatie maakt naast het beschreven onderhoudskoncept een nauwkeurige modellering mogelijk in complexe energiesystemen. Zo ook voor productiebedrijven - bijvoorbeeld voor verwarming en koeling - bijvoorbeeld in combinatie met slim thermomanagement voor de machinepark.

Met dit onderzoeksproject worden twee vliegen in één klap geslagen: meergezinswoningen, wijkgebouwen en bedrijven worden voorzien van de nieuw ontwikkelde installatie en zo wordt een nieuw marktgebied ontsloten. In het bijzonder moet deze omschakeling de orderdaling uit de automobielsector vervangen. De vooruitzicht om zo de klimaatverandering tegen te gaan, is de tweede kant van het project. Ze moeten alternatieven bieden voor fossiele energiebronnen voor de gebouwverwarming, met hetzelfde of gegarandeerd comfort, een klantgerichte oplossing. Het betreft een gecombineerd apparaat dat kan worden gebruikt voor verwarming, koeling en warm water. Vooral voor passieve huizen met luchtverwarming vormt deze CO2-technologie in warmtepompen een energie- en milieutechnologisch toekomstbestendige technologie.

De mate van aandacht en urgentie die het onderwerp heeft, blijkt ook uit het feit dat zowel de Universiteit Darmstadt met een variabele koeler van BKW het efficiënte gebruik van productielijnen onderzoekt, als dat het KIT in Karlsruhe nieuwe warmtepomptechnologieën ontwikkelt, waar eveneens een zeer efficiënte CO2-warmtepomp van BKW wordt ingezet.