Warmtepompontwerp gereedmaken voor opschaling van de productie

In de strijd tegen de opwarming van de aarde, zijn steeds meer mensen op zoek naar duurzame alternatieven voor cv-installaties in woningen. Warmtepompen bieden hiervoor een ideale oplossing. Met een (hybride) warmtepomp ben je minder afhankelijk van fossiele brandstoffen zoals aardgas en de vaste lasten voor verwarming dalen.

In de afgelopen decennia zijn er talloze initiatieven ontstaan in de zoektocht naar een duurzamere levensstijl voor de mens en het behoud van de natuur. Een aanzienlijk percentage van de uitstoot van broeikasgassen, die de opwarming van de aarde versnellen, is afkomstig van centrale verwarmingssystemen in huishoudens. Daarom stimuleren overheden de overstap naar moderne, schone en duurzame verwarmingsmethoden. Eén van de oplossingen voor schonere verwarming is het gebruik van een warmtepomp. Door warmte te onttrekken aan de buitenlucht en dit om te zetten, vormen deze warmtepompen een van de milieuvriendelijkste centrale verwarmingssystemen voor huizen, winkels, scholen en kantoren.

De SuperHybrid warmtepomp, ontwikkeld door Cooll Sustainable Energy Solutions – een MKB-spin-off van de Universiteit Twente, is daar een uniek voorbeeld van. Deze hybride warmtepomp functioneert als directe vervanger van aardgasverwarming. Waar conventionele warmtepompen werken met een elektrisch-mechanische compressor voor de compressie van het koudemiddel, gebruikt Cooll’s SuperHybrid hiervoor een warmte-aangedreven adsorptiecompressor. De SuperHybrid wordt aangedreven door gas en onttrekt warmte aan de buitenlucht, waardoor direct 30% wordt bespaard op gas- en CO2-uitstoot. Met het gebruik van groen gas of waterstof kan de uitstoot nog verder worden teruggedrongen.

Om aan de toenemende vraag te kunnen voldoen, werkt Cooll samen met het FIP-AM@UT om hun product gereed te maken voor het opschalen van de productie. De warmtepompen beschikken over een thermische scheidingsunit om de warme en koude leidingen te scheiden en warmteverliezen te voorkomen. De huidige leidingstructuur zorgt voor uitdagingen bij het opschalen van de productie, vanwege de complexe geometrie. Dit resulteert in een relatief lang en delicaat productieproces. Het doel van het project is om de assemblage opnieuw vorm te geven. Hiervoor wordt gekeken naar verschillende productiemethoden, materialen en verbindingstechnieken. De focus van dit project zal liggen op efficiëntere productie door vereenvoudiging van het productontwerp, zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties van de warmtepomp.

Industriepartner

AANPAK

Als reactie op de groeiende vraag naar duurzame warmtepompen, ging het projectteam, in samenwerking met FIP-AM@UT, aan de slag om de warmtepomptechnologie te verbeteren om de productie op te kunnen schalen. De focus lag op het herontwerpen van de
warmtepompassemblage om de complexiteit van het bestaande leidingwerk aan te pakken.

Er werden geavanceerde computational fluid dynamics (CFD)- simulaties gebruikt om het energieverlies, drukverlies en de thermische massa van verschillende leidingconfiguraties te analyseren. Het team onderzocht verschillende configuraties, met speciale aandacht voor stromingslagen (stratificatie) en natuurlijke convectie om de prestaties en produceerbaarheid te optimaliseren.

Door een beoordeling van de produceerbaarheid werden de geschikte productietechnologieën duidelijk. De nadruk hierbij lag op het verminderen van complexiteit en kosten en het verbeteren van de schaalbaarheid. Er werd een prototype gebouwd en getest om de efficiëntie van de herontworpen warmtepomp te valideren.

Deze aanpak verbeterde de productprestaties en de produceerbaarheid voor productie op grote schaal, waardoor wordt voldaan aan de groeiende vraag naar duurzame verwarmingsoplossingen.

RESULTAAT

Het HEATS-project heeft met succes warmtepompontwerpen doorontwikkeld, waarbij ervoor werd gezorgd dat de technische prestaties niet werden aangetast terwijl het productieproces aanzienlijk werd vereenvoudigd om schaalbaarheid mogelijk te maken. Door gebruik te maken van geavanceerde computational fluid dynamics (CFD)-simulaties zijn er ontwerpen ontwikkeld die de operationele efficiëntie in stand hielden en voldeden aan het doel van minder complexiteit. Er werd een grondige evaluatie van de procesketen uitgevoerd om de complexiteit, de kostenimplicaties en het schaalbaarheidspotentieel te beoordelen, wat leidde tot verdere optimalisaties.

De belangrijkste resultaten zijn:

• Behoud van technische prestaties met verminderde ontwerpcomplexiteit
• Schaalbaarheid bereikt door gestroomlijnde productieprocessen
• Verbeterde kostenefficiëntie in productie en assemblage
• Geoptimaliseerde procesketen voor minder complexiteit en lagere kosten
• Succesvolle interdisciplinaire samenwerking die oplossingen op maat oplevert

Dit project is mogelijk gemaakt door de Regio Deal, ondersteund door de Provincie Overijssel en de Rijksoverheid.

VOOR MEER INFORMATIE OVER HEATS-PROJECT, NEEM GERUST CONTACT OP MET

Celal Soyarslan

Celal Soyarslan

Senior Research Engineer

Sattar Emamian

Research Engineer

Tobias Claus Brandstätter

Research Fellow - Fraunhofer IPT