Advertentie
Dit artikel is meer dan vijf jaar oud.
Tech by VICE

De vrieszak van de gebroeders Wolters kan een heel huis van warmte voorzien

Met de Solar Freezer van de gebroers Wolters hoef je in principe geen gas meer te gebruiken voor warmte.

door Wouter Kloot
07 oktober 2014, 12:06pm

Beeld via Wikimedia

De gebroeders Floris en Roderick Wolters uit Lichtenvoorde hebben een systeem bedacht waarbij alle warmte die nodig is in een huis uit de zon te halen. 

Hun bedrijf Solar Solutions Worldwide bestaat nu drie jaar, waarvan ze twee jaar bezig zijn met het ontwikkelen van de Solar Freezer. De afgelopen twee maanden is het systeem getest in een modelwoning in Lichtenvoorde. Het bleek boven verwachting goed te werken. 

De Solar Freezer bestaat uit drie onderdelen: zonnecollectoren op het dak, een waterzak in de kelder en een warmtepomp. De broers claimden in een telefoongesprek dat iemand met hun systeem helemaal geen gas meer hoeft te gebruiken voor verwarming en warm water. Dat klinkt bijna te mooi om waar te zijn, dus vroeg ik me af hoe dit systeem precies werkt. Bijzonder benieuwd ben ik voornamelijk naar de reden waarom die zak bevriest in de winter en vervolgens warm water kan leveren.

"De zak is bedoeld als accu in de woning, en die raadpleeg je eigenlijk alleen in de moeilijke tijden," vertelt Floris mij aan de telefoon. In eerste instantie is dit een regulier zonnecollectorensysteem. In de zomer schijnt de zon in Nederland en warmt water op in de zonnecollectoren. Dit warme water wordt normaal gesproken gebruikt om warm water te leveren. Nu wordt dat wel een probleem – je raadt het al – als de zon niet schijnt. 

Bij het Solar Freezer-systeem ligt er als oplossing daarvoor in de kelder/kruipruimte een platte zak die zich vult met warm water uit de zonnecollectoren. Deze zak werkt als een buffer/energieopslag. In de zak zit energie opgeslagen in de vorm van warm water.

De zak kan vier weken lang energie leveren, zonder input van de zonnecollectoren

Deze opgeslagen energie in de bufferzak kan gebruikt worden om het huis mee te verwarmen en om water op te warmen om bijvoorbeeld mee te douchen. 

Het geheim van het systeem zit 'm in de bufferzak, "De zak kan vier weken lang energie leveren, zonder input van de zonnecollectoren." Deze energie wordt aan de zak onttrokken door middel van een warmtepomp. Een warmtepomp zit bijvoorbeeld ook in een koelkast en 'haalt warmte uit een koelkast' zodat de koelkast van binnen koud blijft. 

Op dezelfde manier haalt de warmtepomp energie in de vorm van warmte uit de bufferzak. Logisch gevolg is dat het water in de zak afkoelt. Nu is dit geen probleem, want de zonnecollectoren voeren weer nieuw warm water aan. De zonnecollectoren zijn dus de input van energie in dit systeem, de zak in de kelder is de opslag en de warmtepomp zet de opgeslagen energie om in bruikbare warmte.

Een warmtepomp werkt door middel van een gesloten vloeistof-systeem; door een vloeistof op lage temperatuur te laten verdampen en die vervolgens op een hogere temperatuur te laten condenseren. Als je een vloeistof verdampt, neemt dit energie op uit de omgeving. Als je dit gas dan vervolgens weer laat condenseren, wordt de opgenomen energie weer afgegeven aan de omgeving. Om dit te doen moet je de druk reguleren – hoe lager de druk, hoe lager het kook- en smeltpunt. Bij een wisselende druk veranderen ook het kook- en smeltpunt.

Beeld: Wikimedia/McZusatz

Als je vloeistof op een lage druk door de bufferzak laat stromen, zal de vloeistof verdampen en dus warmte uit de bufferzak halen. Wanneer je het gas (met toegevoegde energie) onder een hoge druk dan weer laat condenseren, geeft het de meegenomen energie af aan het water waar je op dat moment mee wil afwassen.

Om de energie uit de zak te halen met een warmtepomp heb je wel elektrische energie nodig, dus dit is een tweede input van energie. Vervolgens kan je de onttrokken warmte-energie wel gebruiken voor warmte in je huis. Dit is best een omslachtig systeem om je huis te verwarmen, zeker in de winter als de input van de zonnecollectoren beduidend lager is.

De winter is lijkt dus een probleem voor dit systeem, maar op dat moment komt de natuurkunde inkicken. Water heeft namelijk de eigenaardige eigenschap om bij een faseverandering vrij veel energie op te brengen – latente warmte

De energie die het kost om van vloeibaar water van 0 graden Celsius naar ijs van 0 graden Celsius te gaan is ongeveer evenveel energie als er nodig is om van water van 80 graden naar water van 0 graden te gaan. Water kan je afkoelen (energie eruit halen) door middel van een warmtepomp. Dus als je energie haalt uit water van 80 graden tot 0 graden is dat ongeveer evenveel energie als wanneer je water bevriest van 1 graden tot -1 graden Celsius.

De hoge energiebult die optreedt bij een faseverandering komt door het feit dat er een andere rangschikking nodig is tussen de moleculen. Bij water is dit vrij hoog, omdat water van die mooie ijskristallen vormt als het bevriest. 

Om bevroren water te ontdooien, moet naast de reguliere energie die je nodig hebt om de temperatuur te verhogen, ook de kristalstructuur verbroken worden. Dit betekent dat er veel energie zit in de faseverandering en deze energie dus ook goed te gebruiken is om mee te douchen.

"In de zomer zit er genoeg energie in de zak zelf, maar de buffer is niet groot genoeg om de winter door te komen. Zodra het winter wordt, dan wordt het een stuk interessanter, want dan gaat het systeem die faseverandering gebruiken om aan energie te komen," vertelt Floris. 

De Solar Freezer gebruikt deze thermodynamische eigenschap van water om het rendement van de bufferzak extreem te vergroten. In de laatste 2 graden afkoeling komt er, zoals eerder gezegd, juist weer veel energie vrij. "De warmtepomp onttrekt energie uit de bufferzak totdat je ijs krijgt." Maar daarna is de zak bevroren en heb je er niet meer zo veel aan.

De Solar Freezer laat de zak niet volledig hard bevriezen, maar vormt een soort slushpuppy. "De zonnecollectoren worden in de winter alleen maar gebruikt om het schaafijs te ontdooien." Voor het ontdooien van dit water is vanzelfsprekend weer veel energie nodig, maar niet per se een hoge temperatuur, dus kan dit prima in de winter met de zonnecollectoren.

Zodra het water weer ontdooid is tot 1 graad kan het hele bevriescircus weer opnieuw beginnen, waarbij er weer heel veel energie onttrokken kan worden aan het water.

Foto van de daadwerkelijke bufferzak. Beeld via.

Beide broers zijn geen technici en hebben dit natuurkundige principe niet zelf in de praktijk gebracht. "Het idee is per toeval ontstaan aan de hand van een schetsje. Nu moet ik wel zeggen dat we heel veel hulp hebben gehad van Saxion en het Kennispark. Zonder hun lening en professionele netwerk zouden wij nu niet succesvol zijn geweest," vertelt hij me aan de telefoon.

Ze hebben in ieder geval een heel mooi idee uitgewerkt en bewezen dat het systeem  praktisch gezien werkt. Alleen blijft het afwachten wat de uiteindelijke kosten zullen zijn. 

"We kunnen geen prijzen geven, omdat er zoveel verschillende woningen zijn. Twee dezelfde typen huizen worden soms bewoond door een hele andere gezinssamenstelling en verbruiken niet evenveel warmte. We maken ons systeem dus op maat en gaan uit van een terugverdientijd van negen jaar." 

Daarnaast moet er een hele installatie in je huis gebouwd worden als dit wil werken. "In theorie zou je het in elk huis kwijt moeten kunnen, maar in de praktijk blijkt dat niet altijd te lukken; het is helaas niet voor elke type woning in Nederland geschikt, maar het grootste gros van de woningen moet lukken." Het is ook niet duidelijk hoeveel stroom de warmtepomp verbruikt. 

Uiteindelijk ben ik misschien nog wel het meest nieuwsgierig naar hoe de rest van de energiemarkt hier op reageert. De broers stellen namelijk dat een huishouden helemaal geen gas meer nodig zou hebben, behalve om op te koken. "Tot nu toe worden we nog niet tegengewerkt door een eventuele energiemaffia, maar we weten niet of dat nog gaat komen. We hebben al vernomen dat we op de voet gevolgd worden en wellicht is het een kwestie van tijd voordat ze ons dwars gaan liggen. Wel mogen we binnenkort bij een politieke partij langs, maar weten we nog niet wat de insteek wordt van dat gesprek aangezien de overheid zelf ook flinke belangen heeft in aardgas."