Buitenmuur als zonnecollector: techniek en werking van gevelgebaseerde warmtewintechnologie

We doen hard ons best om op elk dak in Nederland een zonnepaneel te leggen, maar met de gevels schiet het nog niet zo op. TNO, AkzoNobel en Emergo hebben daarom de warmtewingevel ontwikkeld: een thermische zonnecollector voor op de wanden van gebouwen. De coating Calosol maakt het mogelijk een groter deel van het lichtspectrum te benutten en toestaat lichtere kleuren zonder in te leveren op prestaties. De gevelpanelen absorberen naast zonlicht ook warmte uit de omgevingslucht, waardoor de opbrengst per vierkante meter aanzienlijk hoger kan liggen dan bij traditionele dakpanelen.

Techniek en werking van de warmtewingevel

De gevelpanelen bestaan aan de buitenkant uit aluminium beplating met een speciale AkzoNobel-coating die nabij-infraroodstraling absorbeert. Emergo levert de achterliggende techniek: een leidingsysteem voert de opgewekte warmte naar een buffervat, waarna een warmtepomp de energie opwaardeert tot de gewenste temperatuur voor verwarming of warm tapwater. Wanneer er weinig zon is kan de gevel nog steeds warmte onttrekken aan de buitenlucht, waardoor de installatie ook ’s nacht of in mindere omstandigheden rendement blijft leveren. In de zomer kan het systeem worden omgekeerd om koelte te leveren via de warmtepomp.

Calosol is de technologische kern: het filtreren en benutten van het spectrale deel van zonlicht, waarbij het grootste deel van de absorptie in de nabij-infrarode band ligt. Sanne van Leeuwen van TNO legt uit dat het zichtbare deel van het zonlicht slechts een fractie is; het onzichtbare nabij-infrarode bereik levert een flinke bijdrage aan warmteopwekking. De esthetiek speelt eveneens een rol: het concept is ontworpen om in diverse kleuren leverbaar te zijn, zodat gevelarchitectuur en gevelbeplating esthetisch kunnen aansluiten bij het gebouwontwerp.

Een voorbeelddemo werd gerealiseerd bij een gymzaal in Almere, waarbij de warmtewingevels een significante bijdrage leveren aan de warmtevraag. In de ochtend stijgt de productie van de panelen terwijl de warmtevraag laag is, en tijdens de dag duurt het minder lang voordat de opwekking de vraag overstijgt. Het buffervat bij de gymzaal is circa 2000 liter, terwijl voor een woning in Stadskanaal een compact buffervat van ongeveer 200 liter volstaat.

Wat betreft economische prestaties wordt de vergelijking met PV-panelen gemaakt: terwijl een PV-paneel van 325 Wp ongeveer 0,7 GJ per m² per jaar oplevert, leveren warmtewingevelpanelen tot circa 6 GJ per m² per jaar op, omdat ze warmte uit de omgeving opnemen en niet uitsluitend zonnestraling omzetten. Deze hogere opbrengst is mogelijk doordat de gevelpanelen warmte-energie uit de omgevingslucht onttrekken en bovendien ook zonlicht absorberen.

Daarnaast kan de gevel als warmtebron worden ingezet zonder geluidproducerende buitenunits of dure boring in de bodem, wat vooral voordelig is voor utiliteitsgebouwen en renovaties waar gevelwerk nodig is. De warmtepomp die de opgehaalde warmte omzet, heeft vaak een hoge COP door de relatief hoge ingangstemperatuur van de gevelwarmte. In warme maanden kan het systeem warmte afgeven aan de buitenlucht, waardoor het gebouw kan koelen.

Integratie in bestaande bouwdelen en toekomstige toepassingen

Het BIT-project Build-In Thermal collector (BIT) onderzoekt de integratie van verschillende bouwdelen als warmte-absorberende elementen, met als doel warmtepompachtige systemen die rechtstreeks in de woningschil kunnen functioneren. Hierbij werken Emergo, AkzoNobel, Aldowa en TNO samen aan een prefab-concept met de warmtewingevel en een warmtebatterij (Cellsius), gericht op energiebesparing en flexibiliteit in renovatieprojecten. Het doel is vermindering van elektrisch energiegebruik met minimaal 60 procent ten opzichte van een basishulpoplossing met een lucht/water-warmtepomp.

Een voorloper van deze ontwikkeling is de FITS-facadesysteemreeks: Façade panel with Invisible Thermal Solar collector. FITS maakte gebruik van gevelpanelen met een onzichtbare warmtecollector zodat een gebouw esthetisch kan blijven voldoen aan ontwerpwensen. In Almere werd al ruim 100 m² gevelcollectoren toegepast in een gymzaal. De verwachting is dat deze technologie op grotere schaal kan worden toegepast en bijdraagt aan de transitie van gas naar duurzame verwarming.

Ook avontuur in Roosendaal, Eindhoven en Helmond toont aan: theater De Kring en andere panden benutten de gevel als energiehub. De gevel wordt hier uitgerust met aluminium bekleding waarin warmtewingevels zijn geïntegreerd, en de overige installaties kunnen via een lokaal warmtenet worden aangesloten. Aldowa ziet veel kansen doordat de gevelpanelen in vele vormen en kleuren leverbaar zijn en zo flexibel kunnen worden toegepast op uiteenlopende gebouwen en hellende daken.

Vergelijking met daksystemen en andere warmtebronnen

Op daken is zonne-energieopwekking door PV-panelen en zonnecollectoren al lang gemeengoed. Energiedak van SolarTech biedt al jaren een dak met zonnecollectoren en een geïntegreerde leidingenset die warmte naar een buffervat transporteert; Energiedak-Plus voegt PV-bedekking toe voor gelijktijdige elektriciteitsopwekking. De nieuwste ontwikkeling, Energiekap, is gericht op hellende daken en kan in de toekomst worden toegepast achter gangbare bouwproducten zoals dakpannen.

De SunRise-gevel uit de Solar Product Gallery van IEA toont een modulair gebouwgeïntegreerd zonthermisch systeem met zonnecollectoren, een kleine wateropslag en een warmtepaneel. Hydraulische modules en een geïntegreerde warmtetoevoer zijn ontworpen om ruimteverwarming en warm tapwater te leveren, terwijl de modulair opgebouwde unit onderhoud binnen het gebouw mogelijk maakt. De galerij beklemtoont zowel kansen als nadelen, zoals esthetiek, kosten en gewichtstoename, maar ziet vooral kansen voor energiebesparing en betere gebouwde omgeving.

Praktische overwegingen en schaalbaarheid

In Nederland ligt ongeveer twee derde van de energievraag in de gebouwde omgeving op wachten door verwarming en warm tapwater. Het potentieel voor gevelgebaseerde systemen is aanzienlijk: circa 2.200 km² geveloppervlak is geschikt voor zonne-energie, wat een potentieel vermogen van circa 58 GWp kan opleveren. Ter vergelijking: in 2024 bedroeg het totale vermogen aan zonne-energie-installaties in Nederland 28 GWp. De uitdagingen blijven onder meer regelgeving, vergunningen, verdienmodellen en esthetiek.

Het uiteindelijke doel is om gevels en daken te combineren tot een coherent energiesysteem dat warmte en koeling levert via een warmtepomp en buffervaten, met de mogelijkheid van opslag en integratie met warmtenetten. De verkenning van waterzijdige systemen, warmtewisselaars achter gevelpanelen en prefab-warmteschil-warmtebatterij concepten vormen hierbij de kern van de innovatiestrategie.

Toekomstperspectief en visie

De warmtewingevel is een serieuze concurrent voor lucht/water-warmtepompen en biedt stil en onderhoudsvrij functioneren, met lagere totale operationele kosten. De projecten in Almere en Eindhoven vormen pilots die de haalbaarheid en economische potentie aantonen. De ontwikkeling van soft- en hardware voor communicatie en regeling tussen warmtewingevel, warmtebatterij en warmtepomp is cruciaal voor een robuust systeem. De visie is dat gevels net zo goed kunnen functioneren als daken bij energiewinning en dat de gevel een volwaardige energieleverancier kan worden in een toekomst waarin gasloze gebouwen de norm zijn.

Topsector Energie stimuleert dit soort innovaties en erkent de potentie van geïntegreerde systemen die warmte, koeling en opslag combineren in één bouwdeel. De samenwerking tussen TNO, Emergo, AkzoNobel en Aldowa laat zien dat een esthetisch aantrekkelijke gevel niet losstaat van technologische prestaties en energiereductie.

Samengevat biedt de buitenmuur als zonnecollector een veelbelovend pad richting energieneutrale of zelfs energiepositieve gebouwen. De combinatie van geavanceerde coatings, geïntegreerde warmteopslag en slimme warmtepomsystemen maakt gevelenergie tot een volwaardige en esthetisch aanvaardbare bron van warmte en koeling.

tags: #buitenmuur #gebiuw #als #zonnecollector