Isolatie van waterbuffers voor warmteopslag: robuuste oplossingen voor duurzame warmtevoorziening

In de ondergrondse thermische energieopslag wordt warmte en koude opgeslagen in water. In de volksmond ook wel ‘warmtebuffer’ of ‘warmtebatterij’. Door goede isolatie kan de energie langdurig worden vastgehouden op temperaturen tot 85 graden. De warmtevraag van het gebouw of de wijk bepaalt het formaat. De modulair te bouwen draagconstructie is uniek en gepatenteerd. Dit maakt meervoudig ruimtegebruik mogelijk: boven op de buffer kan een parkeerplaats, grasveld of speeltuin aangelegd worden. Er zijn geen betonnen wanden nodig. Deze duurzame bouwmethode zorgt voor een lage kostprijs en een kleine ecologische voetafdruk.

De draagconstructie wordt geplaatst in een op maat gemaakt gat (in talud gegraven). Door vergaande prefabricage is er een korte doorlooptijd op de bouwlocatie. Het gat wordt voorzien van isolatie en diverse niet-waterdoorlatende en beschermende kunststof lagen. De bovenkant van de draagconstructie wordt vervolgens afgedicht met isolatie en grond.

De warmtebatterij bevindt zich in een gesloten circuit met de bron, het water in de opslag blijft in de opslag. Warmtewisselaars zorgen voor de uitwisseling van warmte. Een van de grootste uitdagingen in de warmtetransitie is de opslag van warmte. Bij de gebouwde omgeving - en zeker de woningbouw - betekent dat: hoe bewaren we een overschot aan warmte voor koude periodes in de toekomst?

Belang en methoden van warmteopslag

In dit artikel een overzicht van geschikte opslagmethodes voor woningen, die met de huidige technieken mogelijk zijn. In dit artikel hebben we het over het opslaan van duurzaam opgewekte warmte. Een op gas gestookte volle ketel is ook een vorm van warmteopslag, maar hierbij is de warmte niet duurzaam opgewekt. Elektriciteit die door zonnepanelen is opgewekt en is opgeslagen in een batterij om een warmtepomp op te laten draaien? We hebben het in dit artikel over warmteopslag voor woningen.

Er zijn al veel geschikte methodes om warmte goed te kunnen opslaan. Bekende Nederlandse innovaties zijn het Ecovat en de Solarfreezer. Dit zijn productspecifieke oplossingen die onder één van de opslagmethodes vallen. Dan is er nog een belangrijk onderscheid te maken: hebben we het over warmteopslag voor een korte periode (bijvoorbeeld een dag) - om een teveel aan warmte op een ander moment van de dag te kunnen gebruiken? De grootste uitdaging bij die laatste is de “Dunkelflaute”: de Duitse term voor de winterperiode van ongeveer twee weken waarin wind noch zon energie leveren.

Warmteopslag is het opslaan van warmte voor later gebruik. Doorgaans zorgen hernieuwbare warmtebronnen voor een continue aanvoer van warmte, terwijl de warmtevraag dagelijks en het hele jaar door varieert. Grotere piekvraag wordt traditioneel opgevangen door aardgas te verbranden in ketels. Je kunt dit (deels) voorkomen door warmte op te slaan. Daarnaast biedt warmteopslag een kans om het energiesysteem te optimaliseren.

Technieken en systemen op verschillende schaalniveaus

Je kunt een warmtepomp gebruiken voor het verwarmen van opslag wanneer er een groot aanbod van duurzame elektriciteit is, en de warmte gebruiken als het aanbod laag is. In de winter wordt de woning opgewarmd met een warmtepomp die warmte onttrekt aan het water van de warmte opslagtank. Het water wordt afgekoeld en weer teruggepompt naar de koude bron. In de zomer wordt het afgekoelde water weer opgepompt en gebruikt als passieve koeling. Het opgewarmde water wordt weer teruggevoerd naar de warme bron.

Er zijn verschillende manieren en technieken voor de opslag van warmte. Dit kan op verschillende schaalniveaus zoals een gebied, een wijk of een woning. Zo past bij een bodemtemperatuur op de schaal van een enkele woning de techniek van een bodemlus met individuele waterpomp. Dit zijn elektrische systemen die water benutten als bron voor het verwarmen of afkoelen van het huis, zonder het gebruik van gas. Het water wordt met behulp van een warmtewisselaar gekoeld of verwarmd door de temperatuur van de bodem.

Het water wordt vervolgens bewaard in een uitstekend geïsoleerd boilervat. Bij lagere temperaturen kan er gebruik gemaakt worden van een buffervat bij een woning, deze wordt vaak gecombineerd met tapwaterboiler. Zo’n buffervat is een tussenopslag van verwarmingswater voor het vervoer van dit water naar je cv-circuit. Indien er hogere temperaturen zijn, kan er ook gebruik gemaakt worden van buffervaten bij een woning.

Warmteopslagsystemen zonder aardgas maar met water slaan zonnewarmte op in water, dat vervolgens door warmtepompen kan worden gebruikt om huizen te verwarmen. Overtollige warmte wordt opgeslagen in een buffer voor in de tuin of kelder/kruipruimte van het huis. Als er geen warmte rechtstreeks van de PVT of zonnepanelen op het dak komt, haalt de warmtepomp de warmte uit de buffer. Een voorbeeld van zo’n systeem is de solarfreezer.

De solarfreezer werkt tamelijk eenvoudig: Energie opwekkers onttrekken warmte aan de zon of de buitenlucht. Deze energie gaat dan vervolgens naar een warmtepomp, die de nodige warmte verbruikt bijvoorbeeld voor warm water of vloerverwarming. Het overtollige deel van de onttrokken energie wordt opgeslagen in een bufferzak/vat, die geplaatst kan worden in de tuin of kelder etc.

Buffervat vs. Een buffervat en een warmwaterboiler zijn producten die je vaak samen tegenkomt op het internet. Toch zijn het twee totaal verschillende producten ondanks dat ze beide als functie hebben warm water op te slaan. Echter is een boiler uitsluitend voor sanitair warm water en een buffervat voor de opslag van warm water om energie op te slaan. Een buffervat is dus een tussenopslag van verwarmingswater, dat later zijn weg vordert naar het cv-circuit.

Naast het verwarmen van water voor de cv-installatie, kunnen sommige modellen buffervaten ook sanitair warm water opslaan. Dit wordt een multifunctionele buffervat genoemd. Een goed voorbeeld is de plaatsing van thermische zonnepanelen.

Ten slotte kun je ook een buffertank gebruiken om het stroomverbruik te verhogen met je fotovoltaïsche zonnepanelen. Buffertanks slaan de elektriciteit die je opwekt met fotovoltaïsche zonnepanelen op in de vorm van warmte. Op gunstige dagen kun je energie op 2 manieren: omzetten in elektriciteit of in warmte.

Een warmtebatterij die gebruik maakt van zouthydraat kan helpen bij het efficiënt opslaan van warmte. In een samenleving die energiebesparende technologieën vraagt, zijn huishoudelijke warmte batterijen een product voor een duurzame toekomst.

Warmteopslagtechnologieën: thermochemie en andere innovaties

Warmte batterijen gebruiken het zogenaamde thermochemische principe. Warmte Batterijen voor thuis zijn gebaseerd op twee componenten: water en gehydrateerde zouten. Zodra de waterdamp en het zout aan elkaar zijn toegevoegd, bindt het water zich aan het zout en verandert het zout in een nieuwe kristalvorm. Bij de reactie komt warmte vrij. Dit maakt het een proces zonder enig warmteverlies, wat op zijn beurt een voorwaarde is voor langdurige warmte opslag.

Het apparaat zelf is compact van formaat en betaalbaar. Wat de thermische thuisbatterij uniek maakt, is dat het een slim stukje technologie is dat zijn prestaties levert met slechts vier componenten. Het systeem kan worden opgewarmd door middel van warmte en/of elektriciteit, of in combinatie met een warmtepomp. De batterij laat elektrische warmtepompen beter werken en daarnaast zonnecollectoren beter renderen.

Vanaf 2021 mag in nieuwbouwwoningen niet meer een gasketel geplaatst worden, dit om de woningen steeds duurzamer te maken. Als je wil verduurzamen in je huidige bestaande woning is het vaak wegens financiële redenen verstandig om dit stap voor stap te doen. Een logische eerste stap is het isoleren van de woning en het plaatsen van zonnepanelen.

Een buffervat kan ook toegepast worden voor opslag van zuurstofloos water en warmte, en zo de efficiëntie van de verwarmingsinstallatie verhogen. Warmteopslag is dan ook een sleutelcomponent om gasafhankelijkheid te verminderen.

Toepassingen en praktijkvoorbeelden

In de praktijk zien we verschillende marktvormen en producten zoals Sun Tank, NEStore en Borg Energy Storage. Sun Tank biedt modulaire buffers die in muren, vloeren of daken kunnen worden geïntegreerd. NEStore is een leeg binnenwerk met vacuümgeïsoleerde wanden voor lange warmtevoudige opslag. Borg Energy Storage gebruikt ondergronds opslagen met slimme sturing en een buffer van 4.000 liter water.

Sun Tank claimt een economische levensduur van meer dan honderd jaar en geeft aan dat de buffers tot 85 °C kunnen opslaan. NEStore biedt Wasserladingsystemen aan met 20 kWh en 30 kWh capaciteiten, met minimale warmteverlies. Borg Energy Storage benadrukt de lage terugverdientijd bij grootschalige toepassing en de lange levensduur van de buffer met EPS-constructie.

Naast these particuliere oplossingen wordt de waarde van WKO-systemen en bodemopslag benadrukt. Warmteopslag in de bodem kan seizoensopslag mogelijk maken en integreren in warmtenetten.

Voordelen en uitdagingen

• Verbeterde efficiëntie van hernieuwbare bronnen door opslag van warmte wanneer aanbod hoog is en vraag laag.
• Verminderde afhankelijkheid van fossiele brandstoffen door tijdsgebonden opslag en slimme netbalans.
• Ruimtebesparing en meervoudig ruimtegebruik dankzij modulaire draagconstructies.
• Hoog isolatieniveau en lage warmteverliezen essentieel voor economische haalbaarheid.
• Technische uitdagingen bij thermochemische opslag en het behandelen van drinkwaterkwaliteit bij hoge temperatuurniveaus.

De ontwikkeling van slimme regelalgoritmes en voorspellende modellen kan de inzet van warmteopslag verder optimaliseren, door laden en ontladen af te stemmen op weersverwachtingen en prijssignalen.

Belangrijke inzichten voor wie inzet overweegt

Willen we af van fossiele brandstoffen, dan moeten we op grote schaal duurzame warmte gaan opslaan en bewaren. Slimme technici ontwikkelen daarvoor allerlei manieren, sommige geniaal of ronduit ongelofelijk! Warmteopslag gaat een hoofdrol spelen in de energietransitie.

In woningen kan warmteopslag een belangrijke aanvulling zijn op een warmtepomp. Als een warmtepomp grote temperatuurverschillen moet overbruggen, presteert en rendeert hij verre van optimaal. Warmteopslag kan dan een goede oplossing zijn.

Daarnaast zien we ontwikkelingen zoals thermochemische opslag met zeolieten en andere hybride materialen, die innovatiever en schaalbaarder kunnen zijn voor zowel woning- als industriële toepassingen.

Op dit moment wordt gewerkt aan het verder verbeteren van thermochemische opslag en de integratie met warmtenetten om seizoensopslag en korte termijn opslag beter op elkaar af te stemmen.

Samengevat biedt isolatie van waterbuffers voor warmteopslag een robuuste oplossing om warmte duurzaam op te slaan en te gebruiken op momenten dat vraag en aanbod scheiden. De combinatie van modulaire draagconstructies, hoogwaardige isolatie en slimme systeemoplossingen maakt dit een veelbelovende richting voor zowel woningen als grootschalige warmtenetten.

Praktische figuren en tabellen

1. Afbeelding: ondergrondse buffer met draagconstructie en isolatie
2. Afbeelding: Sun Tank en modulariteit
3. Afbeelding: NEStore compact formaat en isolatiewaarde
4. Afbeelding: Borg Energy Storage buffer en hydraulisch systeem

tags: #isolatie #rond #waterbuffer