Duurzame verwarming en koeling: De ijsbuffer als slimme oplossing in combinatie met een warmtepomp

Het verduurzamen van woningen en gebouwen is tegenwoordig meer dan ooit een prioriteit. Tegelijkertijd stijgt de vraag naar energiezuinige oplossingen die niet alleen goed zijn voor het milieu, maar ook betaalbaar en onderhoudsarm. Een van de meest innovatieve technieken die in opkomst zijn is het gebruik van een ijsbuffer in combinatie met een warmtepomp. Deze combinatie maakt het mogelijk om zowel in de winter efficiënt te verwarmen als in de zomer koelte te bieden, zonder afhankelijk te zijn van aardgas of andere fossiele brandstoffen. In dit artikel bespreken we hoe dit systeem precies werkt, wat de voordelen zijn, en waar je op moet letten bij een eventuele installatie.

Wat is een ijsbuffer?

Een ijsbuffer is een thermische energieopslag, waarbij water in een grote, afgesloten tank of kelder wordt opgeslagen. Tijdens de winter wordt warmte onttrokken uit het water, waardoor het langzaam bevriest. Dit proces levert kristallisatie-energie op, die vervolgens gebruikt kan worden voor verwarming. In de zomer daarentegen kan het ijs gesmolten worden om het gebouw te koelen. Het systeem fungeert dus zowel als een warmteopslag als een koelsysteem.

De ijsbuffer kan onder de grond of buiten geplaatst worden, afhankelijk van de beschikbare ruimte. Het systeem bestaat vaak uit een buffertank, zonnecollectoren, warmtewisselaars, een warmtepomp en een warmteafgiftesysteem. De warmtepomp speelt een centrale rol, omdat zij de warmte uit het water haalt en deze verdere verspreidt via vloerverwarming, radiatoren of luchtventilatie.

Hoe werkt een warmtepomp met een ijsbuffer?

Een warmtepomp met een ijsbuffer werkt op basis van een slimme balans tussen warmtevraag en ijsvorming. Het systeem maakt gebruik van de natuurkundige eigenschappen van water om energie op te slaan en op te wekken. Hieronder geven we een duidelijke uitleg van de werking van het systeem in verschillende fasen.

1. Warmte aftappen van de ijsbuffer

In de winter haalt de warmtepomp warmte uit het water in de buffer. Hoe kouder het wordt, hoe meer ijs er ontstaat. Het proces van het onttrekken van warmte leidt tot het vormen van ijs in de buffer. Tijdens deze fase komt er veel energie vrij, die de warmtepomp direct kan gebruiken voor verwarming.

2. Faseverandering = bonus-energie

Een van de meest opmerkelijke voordelen van het systeem is het gebruik van de faseverandering van water naar ijs. Bij deze verandering komt er een aanzienlijke hoeveelheid kristallisatie-energie vrij. Deze energie is extra en wordt automatisch ingezet bij het verwarmen van het gebouw. Dit betekent dat je er veel uit haalt met weinig energie-inzet.

3. Warmte verspreiden via het gebouw

Nadat de warmtepomp de warmte uit de buffer heeft gehaald, wordt deze via het verwarmingssysteem van het gebouw verspreid. Afhankelijk van de opzet kan dit gebeuren via vloerverwarming, radiatoren of luchtventilatie. Doordat het systeem veel energie kan opslaan in water en ijs, is er weinig warmteverlies. Hierdoor is het systeem zeer efficiënt.

4. Het ijs weer laten smelten

In de zomer of bij een verhoogde koelvraag kan het systeem het ijs in de buffer laten smelten. Door zonnestraling of warmte uit zonnepanelen kan het ijs opgesmolten worden. Het koude water dat ontstaat wordt dan gebruikt om het gebouw te koelen. Dit maakt het systeem ook geschikt voor een koel- en ventilatiefunctie in de zomermaanden.

Waarom kiezen voor een ijsbuffer in combinatie met een warmtepomp?

Het systeem biedt meerdere voordelen waardoor het steeds populairder wordt bij zowel particulieren als professionals in de bouwbranche. Hieronder geven we een overzicht van de belangrijkste voordelen.

1. Energiezuinig

Een ijsbuffer maakt gebruik van de natuurlijke eigenschappen van water. Door de faseveranderingen en de opslag van energie wordt er veel extra warmte vrijgegeven. Hierdoor is het systeem erg efficiënt en wordt minder energie verbruikt dan bij traditionele verwarmingssystemen.

2. Low maintenance

Hoewel de warmtepomp zelf wel onderhoud nodig heeft, is de ijsbuffer vrijwel onderhoudsarm. Het systeem zit meestal goed afgesloten en heeft weinig bewegende delen. Een visuele inspectie per jaar is meestal voldoende. Alleen bij het optreden van problemen, zoals lekkages, is professionele ondersteuning nodig.

3. Duurzame combinatie

Het systeem kan prima gecombineerd worden met zonnepanelen, groene stroom en andere duurzame energiebronnen. Dit zorgt ervoor dat het milieu-impact van het systeem minimaal is. Daarnaast leidt het systeem tot een aanzienlijke vermindering in CO2-uitstoot, wat het systeem zeer geschikt maakt voor duurzame woningen en gebouwen.

4. Zomerkoeling

Naast verwarming in de winter biedt het systeem ook een betrouwbare koeloptie in de zomer. De ijsklomp kan gebruikt worden om koud water te genereren, waarmee het gebouw efficiënt gekoeld kan worden. Dit is een extra voordelen, vooral in regio’s met hoge zomertemperaturen.

Praktijkvoorbeelden van ijsbuffer-systemen

Er zijn al meerdere praktijkvoorbeelden van ijsbuffer-systemen in Nederland. Deze geven een goed beeld van de toepassing en het rendement van het systeem in de praktijk.

1. Basisscholen in Uden (2017)

In 2017 is een ijsbuffer geïnstalleerd onder het schoolplein van de basisscholen ‘De Brinck’ en ‘De Petteflet’ in Uden. Het systeem is gecombineerd met zonnepanelen en warmtepanelen op het dak. Het systeem voorziet volledig in de warmtebehoefte van het gebouw, waardoor geen aansluiting op aardgas nodig is. Dit maakt het een volledig duurzame oplossing voor schoolverwarming.

2. Basisschool ‘De Verwondering’ in Almere (2021)

In 2021 startte basisschool ‘De Verwondering’ in Almere met het gebruik van een ijsbuffer in combinatie met zonnecollectoren en andere energiebesparende systemen. Het systeem is geïntegreerd in het gebouw en zorgt voor een duurzame en energiezuinige oplossing voor verwarming en koeling.

3. Gemeentehuis Voorst (2022)

In 2022 is een ijsbuffer geïnstalleerd onder het nieuwe gemeentehuis in Voorst. Het systeem is ontworpen door SolarEis en bestaat uit een buffer van 12 bij 4 meter met 350.000 liter water. Het systeem maakt gebruik van warmtepompen om in de winter warmte te onttrekken aan het water, waarbij ijs ontstaat. Tijdens dit proces komt kristallisatie-energie vrij die gebruikt wordt voor verwarming. In de zomer kan het ijs gebruikt worden om het gebouw te koelen.

Volgens Vincent Berkhout, algemeen directeur van SolarEis, is het systeem vrijwel onderhoudsarm. Jaarlijks wordt een visuele inspectie uitgevoerd. Eventuele problemen worden opgespoord via een dashboard. De gemeente verwacht in de zomer van 2022 het systeem in gebruik te nemen en wil het rendement monitoren om het systeem verder te optimaliseren.

Waar moet je op letten bij een ijsbuffer-installatie?

Hoewel het systeem veel voordelen biedt, zijn er ook een aantal dingen waar je bij een installatie op moet letten. Deze aandachtspunten kunnen van invloed zijn op de prestaties en het functioneren van het systeem.

1. Installatie en ruimte

Een ijsbuffer vereist voldoende ruimte. De buffer moet onder de grond of buiten geplaatst worden, afhankelijk van de beschikbare ruimte. Dit kan leiden tot extra kosten en logistieke uitdagingen, vooral in bestaande woningen of gebouwen. Het is daarom belangrijk om vroeg in het proces te kijken naar de beschikbaarheid van ruimte en de installatiekosten.

2. Slimme aansturing

Het systeem vereist een slimme aansturing om de warmtevraag en het ijsvormingsproces goed op elkaar af te stemmen. Dit betekent dat je een professionele regelaar nodig hebt die in staat is om de energiebehoefte van het gebouw te voorspellen en de buffer efficiënt te gebruiken. De regelaar moet ook in staat zijn om te beslissen wanneer het verstandig is om de buffer te regenereren, bijvoorbeeld met behulp van zonnepanelen.

3. Deskundige installateur

Niet iedereen heeft ervaring met het installeren van een ijsbuffer. Het is daarom verstandig om een specialist te zoeken die ervaring heeft met deze technologie. Een ervaren installateur zorgt ervoor dat het systeem optimaal werkt en dat er geen problemen opduiken tijdens de installatie of in de praktijk.

Technische specificaties en vergelijkingen

Omdat het systeem een combinatie is van een warmtepomp en een ijsbuffer, zijn er meerdere technische aspecten die van belang zijn. Hieronder geven we een overzicht van de belangrijkste technische kenmerken en een korte vergelijking met traditionele verwarmingssystemen.

De rol van zonnepanelen en groene stroom

Een van de voordelen van het systeem is dat het goed te combineren is met zonnepanelen en andere vormen van groene stroom. In de zomer kan de energie van de zonnepanelen gebruikt worden om de ijsbuffer te regenereren. Dit betekent dat het systeem niet alleen in de winter efficiënt is, maar ook in de zomer kan bijdragen aan een duurzame energieopslag.

Daarnaast kan het systeem gebruikt worden om tapwater te voorverwarmen. Als de buffer tijdens de zomer te hoog in temperatuur is geworden, kan de warmte uit de buffer of de zonnepanelen gebruikt worden om het water in een tapwaterboiler op te warmen. Dit is een slimme aanvulling op het systeem die de efficiëntie verder verhoogt.

Beperkingen en uitdagingen

Hoewel het systeem veel voordelen biedt, zijn er ook een aantal beperkingen en uitdagingen die je moet overwegen.

1. Geen erkende maatregel

De ijskelder of ijsbuffer staat niet op de erkende maatregelenlijst voor energiebesparing. Dit betekent dat het systeem niet rechtstreeks kan profiteren van subsidies of korting op energiebeheer. Hoewel het systeem dus duurzaam is, kan het voor sommigen te kostbaar zijn om in te zetten.

2. Afhankelijkheid van zonnestraling

Het systeem maakt gebruik van zonnestraling voor regeneratie en koeling. In regio’s met weinig zon of in periodes met veel bewolking kan het rendement van het systeem dalen. Dit is een belangrijke factor om in te overwegen bij de keuze voor dit type systeem.

3. Beperkte toepassing in bestaande woningen

In bestaande woningen kan het systeem moeilijk geïnstalleerd worden. De installatie van een ijsbuffer vereist voldoende ruimte, wat niet altijd beschikbaar is in bestaande gebouwen. Daarnaast kan de installatie kosten generen die niet opbrengbaar zijn voor alle huiseigenaren.

Toekomstperspectief en ontwikkelingen

De technologie achter de ijsbuffer en de warmtepomp is nog relatief nieuw, maar ontwikkelt zich snel. Er zijn al meerdere pilotprojecten gestart in Nederland, zoals in Uden, Almere en Voorst. Deze projecten tonen aan dat het systeem in de praktijk goed werkt en dat het een betrouwbare oplossing kan zijn voor zowel particulieren als instellingen.

In de toekomst is te verwachten dat het systeem steeds meer wordt gebruikt, vooral in combinatie met zonnepanelen en andere duurzame energiebronnen. De technologie kan verder worden geoptimaliseerd om het rendement te verbeteren en de kosten te verlagen. Dit maakt het systeem interessant voor woningen, kantoren en andere gebouwen die op zoek zijn naar een duurzame verwarmings- en koeloplossing.

Conclusie

Een warmtepomp met een ijsbuffer biedt een slimme en duurzame oplossing voor verwarming en koeling in woningen en gebouwen. Het systeem maakt gebruik van de natuurkundige eigenschappen van water en ijs om energie op te slaan en op te wekken. Door het gebruik van kristallisatie-energie en slimme aansturing is het systeem erg efficiënt en energiezuinig.

Praktijkvoorbeelden tonen aan dat het systeem goed werkt in zowel scholen als gemeentehuizen. Hoewel het systeem nog niet op de lijst van erkende maatregelen staat, is het een veelbelovende technologie die in de toekomst steeds meer aandacht zal krijgen. De installatie van het systeem vereist wel een deskundige installateur en voldoende ruimte, wat voor sommigen een beperking kan zijn.

Voor wie op zoek is naar een duurzame en efficiënte oplossing voor verwarming en koeling is een ijsbuffer in combinatie met een warmtepomp een interessante optie. Het systeem biedt niet alleen milieuvriendelijke voordelen, maar ook een betrouwbare en onderhoudsarme oplossing voor het hele jaar.

Bronnen

1. Warmtepomp met ijsbuffer
2. Maatregel duurzaamheid ijskelder
3. Verduurzamen met ijs verwarmen