Hoe goed zijn elektrische warmtepompen als industriële verwarming?

We proberen een objectieve blik te werpen op een “veelbesproken” onderwerp: Warmtepompen als industriële verwarming! Iedereen weet dat technische oplossingen die goed werken in woongebouwen niet per se geschikt zijn voor industriële en logistieke structuren. Hier gelden speciale regels, al was het maar vanwege de enorme bouwhoogten, luchtvolumes en de algemene afmetingen van het gebouw.

We willen meteen een vooroordeel uit de weg ruimen: zelfs bij temperaturen ver onder het vriespunt kunnen warmtepompen warmte onttrekken aan hun omgeving. Voorwaarde is dat de temperatuur van de warmtebron (lucht) hoger is dan het kookpunt van het koudemiddel. Voor conventionele koelmiddelen ligt dit tussen -57 °C en -15 °C. Zo heeft zelfs koude buitenlucht in de winter nog genoeg thermische energie om hallen economisch te verwarmen.

1.  Welke soorten elektrische warmtepompen zijn er?

In principe onttrekt een elektrische warmtepomp energie (warmte) uit de omgeving en geeft deze weer af aan het interieur van het gebouw. Er wordt onderscheid gemaakt tussen warmtepompen (energiebron/warmteafgifte), afhankelijk van welk type warmteafgiftesysteem wordt gebruikt en hoe de warmte wordt afgegeven aan de ruimte in het gebouw:

• Lucht-lucht
• Lucht-Water
• Water-Water (grondwater, afvalwater)
• Geothermie (pekel) / water
• Afvalwarmtewater (pekel of water)

De meest gebruikte warmtepompen in de industrie zijn lucht-lucht en lucht-water warmtepompen. Het doorslaggevende voordeel is dat warmtepompen gratis omgevingswarmte gebruiken als warmtebron, die vrijwel overal en in oneindige hoeveelheden beschikbaar is.

1.1 De lucht-lucht warmtepomp

Een lucht-lucht warmtepomp gebruikt de buitenlucht als warmtebron en geeft de warmte af aan de binnenlucht. De warmtepomp kan zowel verwarmen als koelen door de warmtestroom om te keren. Daarom wordt een lucht-lucht warmtepomp ook wel een airconditioner genoemd. De lucht-lucht warmtepomp bestaat uit een buitenunit en één of meer binnenunits die met elkaar verbonden zijn door koelmiddelleidingen. Dankzij hun flexibiliteit worden lucht-lucht warmtepompen gebruikt in de meeste grote gebouwen die verwarmd worden met warmtepompen. Ze kunnen worden gebruikt om industriële gebouwen en logistieke gebouwen relatief goedkoop en efficiënt te verwarmen. En ze kunnen ook koelen als dat nodig is.

1.1.1 Toepassingsgebieden

• Commerciële, industriële en logistieke gebouwen
• Nieuwbouw en renovatie
• Nominale verwarmingscapaciteit per unit van 4 – 28 kW, tot 128 units regelbaar via een centrale regeleenheid
• Hoogteverschil tussen binnen- en buitenunit tot 15 m

1.1.2 Installatie

De invertergestuurde warmtepompsystemen kunnen decentraal buiten het gebouw of op het dak worden geïnstalleerd. Aangesloten op koudemiddelleidingen neemt een binnenunit de distributie van de warme of koude lucht over. Het doel is om de afstand tussen de buitenunit en de binnenunit zo klein mogelijk te houden. Op die manier blijven de installatieafstanden kort om verliezen en kosten laag te houden en kan de warme of koude lucht gericht geleverd worden. De warmtepompen hebben daarom slechts kleine hoeveelheden koudemiddel nodig en de onderhoudskosten blijven laag.

1.1.3 Warmteverdeling

De binnenunits kunnen worden aangesloten op een groot aantal luchtdistributiesystemen en bieden dus een oplossing op maat voor een groot aantal verschillende soorten gebouwen en doeleinden. Nozzles met lange worp en roosters met lange worp worden gekenmerkt door hun compacte ontwerp.

Ze zijn geschikt voor hoge industriële en logistieke gebouwen en kunnen grote luchtvolumes over lange afstanden uitblazen. De nozzles van de uitblaaskoppen kunnen individueel worden ingesteld zodat alle hoeken of richtingen in het gebouw kunnen worden voorzien. Het gebruik van jetnozzles en jetroosters vermindert de installatie-inspanning voor het luchtverdeelsysteem en verlaagt zo de investeringskosten.

Voordelen van sproeiers en roosters met lange worp:

• uiterst compact
• hoge luchtvolumes en prestaties verlagen de installatiekosten
• lage onderhoudsvereisten
• variabel: straalhoek en -richting individueel instelbaar
• lage investeringskosten

Foto: Elektrische warmtepompen – binnenunits lange worp nozzles

Als extra variant bieden textiele luchtsokken de mogelijkheid om gerichte warmte of koude af te geven aan de gebouwconstructie. Textielslangen kunnen worden ontworpen met perforaties of nozzles in verschillende afmetingen en opstellingen; ze worden individueel aangepast aan de omstandigheden ter plaatse. Textiele luchtsokken zijn eenvoudig te installeren, eenvoudig te demonteren en net zo eenvoudig te reinigen. Dit alles maakt de textiele luchtsok een goede oplossing voor gebouwen met een lage (4 m) tot gemiddelde (ca. 13 m) hoogte.

Voordelen van textielsokken:

• lage investering
• laag gewicht
• zeer hygiënisch, gemakkelijk schoon te maken
• hoge penetratiediepte, ook voor grote hallen >10 m vrije hoogte
• geluiddempend materiaal
• geen kanaalisolatie nodig bij lage toevoerluchttemperaturen
• tochtvrije luchttoevoer via perforaties of sproeiers
• verstelbaar ontwerp beschikbaar voor koel- of verwarmingstoepassingen
• lagere bedrijfskosten dankzij lage drukverliezen
• flexibele installatie
• kleuren selecteerbaar

Foto: Elektrische warmtepompen – binnenunits textielsokken

1.1.4 Voordelen van lucht-lucht warmtepompen

• geen hydraulica en minder installatie in het gebouw nodig – dus lage investeringskosten
• flexibel en compact: koeling kan worden gerealiseerd met weinig extra kosten
• laag gewicht: slechts een kleine belasting voor de gebouwstructuur
• milieuvriendelijk: eenvoudige implementatie van de klimaatdoelstellingen van bedrijven met koelmiddel R32
• hoge betrouwbaarheid dankzij meerdere, onafhankelijke eenheden

1.2 De lucht-water warmtepomp

Een lucht-water warmtepomp gebruikt ook de buitenlucht als warmtebron, maar geeft de warmte af aan een watersysteem dat bijvoorbeeld kan worden gebruikt voor vloerverwarming (industriële paneelverwarming), betonkernactivering of warmwaterbereiding.

Lucht-water warmtepompen worden vooral gebruikt in nieuwbouwprojecten vanwege hun goede prijs-prestatieverhouding. Lucht-water warmtepompen maken ook gebruik van gratis omgevingswarmte om efficiënt warm of koud water te produceren.

Moderne, goed geïsoleerde gebouwen hebben slechts lage aanvoertemperaturen tussen 35 °C en 40 °C nodig om aan hun verwarmingsbehoeften te voldoen. Warmtepompen zijn bijzonder efficiënt in dit bereik. En zelfs voor verwarmingsrenovaties van slecht geïsoleerde gebouwen, die hogere vertrektemperaturen vereisen, zijn er nu geschikte oplossingen op basis van warmtepompen. Hiermee kunnen voorlooptemperaturen tot 55 °C worden bereikt.

1.2.1 Toepassingsgebieden

• commerciële, industriële en logistieke gebouwen
• nieuwbouw en renovatie
• vermogens van 6 – 400 kW, cascadeerbaar
• ook hogere stromingstemperaturen tot 55 °C

1.2.2 Installatie

Een lucht-water warmtepomp heeft een buitenunit nodig die de warmte uit de omgevingslucht absorbeert, een warmte- of buffervat dat de warmte binnenshuis opslaat en een warmtedistributiesysteem dat de warmte naar de gewenste locatie brengt.

Foto: Warmtepomp – Installatie

De buitenunit kan een monoblok- of een splitunit zijn. Bij een monoblok bevindt het volledige koelcircuit zich in de buitenunit, terwijl bij een splitunit een deel van het koelcircuit in het interieur is geïnstalleerd. In het geval van een monobloc moet ervoor worden gezorgd dat de waterleiding tussen de buitenunit en de warmteopslagunit niet kan bevriezen. Als een hogere verwarmingscapaciteit vereist is, is cascadering van meerdere buitenunits ook mogelijk.

Foto: Elektrische warmtepompen – monoblok- of een splitunit

De warmteverdeling zelf kan gebeuren via verschillende systemen, zoals vloerverwarming, industriële paneelverwarming, betonkernactivering of stralingsplafondpanelen. Deze laatste gebruiken stralings- of convectiewarmte om de ruimte te verwarmen.

1.2.3 Warmteverdeling

• statische radiatoren / radiatoren
• vloerverwarming/industriële paneelverwarming
• betonkern activering
• stralingspanelen voor plafonds
• Luchtbehandelingskasten
• heteluchtverwarmers / ventilatorconvectoren

1.2.4 Voordelen van lucht-water warmtepompen

• aanzienlijk lagere investeringskosten in vergelijking met grond/water-warmtepompen
• vereist weinig ruimte binnen en buiten het gebouw
• milieuvriendelijk, vooral bij gebruik van zelf opgewekte of groene elektriciteit
• eenvoudige implementatie van de klimaatdoelstellingen van bedrijven met het toekomstige magere koelmiddel R32 of het natuurlijke koelmiddel R290
• vervanging van een verwarmingsketel op fossiele brandstof door deze aan te sluiten op het verwarmingssysteem op basis van water
• vermindering van de hoeveelheid koudemiddel door een watergeleid distributiesysteem
• koelmodus mogelijk