Warmtepompen worden thermische batterijen: efficiënt warmte opslaan en distribueren

Onderzoekers in Noorwegen en Zwitserland hebben een systeem ontwikkeld waarmee warmtepompen niet alleen warmte produceren en transporteren, maar deze ook kunnen opslaan en op aanvraag distribueren. Deze ontwikkeling verandert de warmtepomp van een real-time verwarmingsbron in een thermische opslag- en managementunit.

Het systeem integreert een compacte thermische batterij met materialen die grote hoeveelheden warmte kunnen opslaan. In plaats van een traditioneel buffervat wordt gebruikgemaakt van zout-hydraat faseovergangsmaterialen. Deze materialen slaan veel meer energie op per volume-eenheid dan water doordat ze smelten en stollen bij een bepaalde temperatuur.

De werking is als volgt:

• De warmtepomp produceert warmte uit de omgeving (lucht, bodem of water).
• Bij lage elektriciteitsprijzen of hoge hernieuwbare productie wordt de warmte naar de thermische batterij geleid.
• Het faseovergangsmateriaal slaat de warmte op door smelten.
• Bij warmtevraag geeft de batterij de opgeslagen warmte snel af.

Technische specificaties

De huidige onderzoeksopstelling laat belangrijke verbeteringen zien ten opzichte van conventionele opslag:

• Hogere volumetrische opslagcapaciteit dan water doordat faseovergangsmaterialen meer warmte opslaan per volume-eenheid.
• Verbeterde efficiëntie door dunne aluminium koelvinnen; de charge/discharge efficiency is ongeveer 85 procent.
• Snellere laadtijd: de batterij laadt meer dan 70 procent sneller en levert warmte meer dan 80 procent sneller dan standaard buffervaten.
• Ruimtebesparing: de batterij neemt tot vier keer minder ruimte in dan conventionele buffervaten met dezelfde capaciteit.
• Materiaalveiligheid: zout-hydraten zijn niet-toxisch, niet brandbaar en relatief goedkoop, geschikt voor installatie in woningen.

Systeemontwerp

Het project maakt gebruik van een thermische opslagmodule die stabiel blijft en decennia kan functioneren zonder prestatieverlies. De warmtewisselaar bevat aluminium koelvinnen met een slijtvaste coating die corrosiebestendig is, waardoor langdurig contact met het faseovergangsmateriaal mogelijk is.

Hoewel de technologie nog in een onderzoeksfase zit, laat de combinatie van faseovergangsmaterialen, verbeterde warmtewisselaars en compacte thermische opslag zien dat warmtepompen kunnen evolueren naar volwaardige thermische energiebeheersystemen. Dit draagt bij aan een efficiënter energiesysteem in gebouwen en ondersteunt integratie van hernieuwbare energiebronnen.