Programmalijn 2: Warmte en koude installaties

Het grootste deel van het energiegebruik in de gebouwde omgeving is warmte. Verduurzaming van de warmtevoorziening met behoud – of zelfs verbetering – van een gezond binnenklimaat is cruciaal voor de energietransitie. Deze programmalijn richt zich op het verhogen van de inzetbaarheid en prestaties van duurzame systemen daarvoor.

Warmte-opslag is van belang voor een duurzaam warmtesysteem en biedt daarnaast flexibiliteit voor elektriciteit (power2heat). Programmalijn 2 richt zich ook op energiebesparende oplossingen voor de vraag en de temperatuur van warmtapwater. Collectieve systemen zoals warmtenetten zijn onderdeel van programmalijn 4.

Algemene doelen van deze programmalijn

De belangrijkste doelstellingen van deze programmalijn zijn het ontwikkelen van componenten en apparaten die warm tapwater en een prettig binnenklimaat leveren (luchtkwaliteit, temperatuur) en aantrekkelijk zijn (gemak, ruimtegebruik, esthetiek, geluid, dit alles zowel binnen als buiten). Ze zijn uiteindelijk geschikt voor energetische renovatieconcepten naar lagetemperatuurverwarming en bijbehorende warmtevraagbeperking, voor minder dan 45k€ bij rijwoningen (>1945). Voor andere gebouwtypen gelden vergelijkbare ambities voor haalbare business cases. Het doel is dat uiterlijk in 2050 alle wijken in Nederland energieneutraal zijn.

De energiemodaliteiten “warmte” en “elektriciteit” worden in het nieuwe systeem beter verbonden: Warmte-opslag biedt in combinatie met elektrisch aangedreven warmtesystemen (warmtepompen) flexibiliteit voor variabel duurzaam energieaanbod in het elektriciteitssysteem (power2heat in warmtebatterij) en maakt zo verdere groei van hernieuwbare energie in alle vormen mogelijk.

Voor een effectieve inzet van conversie, opslag en ventilatie is een goede integrale regeling van installaties cruciaal. Deze regelingen worden in programmalijn 5 ontwikkeld. Daarnaast kunnen de in deze programmalijn ontwikkelde compacte warmte-koude systemen in programmalijn 3 worden geïntegreerd in multifunctionele bouwdelen. Uiteindelijk beogen de resultaten van alle programmalijnen samen bij te dragen aan een energieneutraal of energieleverend gebouw of gebied.

Programma’s en doelstellingen

Naast de hiervoor genoemde algemene programmalijn doelstellingen dienen Urban Energy projecten, in de zin van de subsidiemodule Urban Energy, te passen binnen de volgende programma’s en hun doelstellingen:

Programma 2a: Warmtepompen en warmteafgifte

De belangrijkste doelstelling van dit programma is het ontwikkelen van kleine, stille, hoogefficiënte, betaalbare componenten en systemen geschikt voor warmte- en koudelevering in m.n. de bestaande bouw (woningen en utiliteitsbouw). Het gaat daarbij om innovaties in materialen, miniaturisatie, geluidsreductie, esthetische inpasbaarheid, andere koudemiddelen en bijvoorbeeld circa 1,5 keer efficiëntere warmtepompen; lage temperatuur afgifte systemen voor renovatie; besparing en duurzame productie van warmtapwater. Significante kostenreductie is mogelijk, dit vraagt een gecombineerde aanpak van vraagontwikkeling en wijziging in productie.

Programma 2b: Zonnecollectoren

De belangrijkste doelstelling van dit programma is het ontwikkelen van zonnecollectoren ten aanzien van: (I) weinig benutte oppervlaktes van gebouwen, zoals met name gevels, en (II) nieuwe zonnewarmte concepten gericht op verdere kostprijsverlaging per opgewekte kWhth op gebruikstemperatuur niveau van >70 °C. Voor de combinatie van de opwekking van energie met zonnecollectoren met opwekking van zonnestroom, en de combinatie van de opwekking van energie met zonnecollectoren met opslag, zie programmalijn 3 en programma 0a.

Programma 2c: Ventilatiesystemen

De belangrijkste doelstelling van dit programma is het ontwikkelen van ventilatiesystemen die zelf energiezuinig zijn én energiezuinige gebouwconcepten mogelijk maken, alsook dat deze ventilatiesystemen daadwerkelijk goed toegepast kunnen worden door een gebruiksgemakkelijk ontwerp (gelet op het geluidsniveau en de eenvoud van het onderhoud). Hierbij ligt de focus vooral op de bestaande bouw waarvan de luchtdichtheid bij renovatie sterk vergroot wordt.

Prominente  innovatiethema’s in dit programma zijn:

  • Verhoogd comfort gelet op het geluidsniveau, mate van tocht, luchtkwaliteit en eenvoud van het onderhoud;
  • Lagere kosten en energiegebruik waarbij ook energiezuinige gebouw concepten mogelijk worden gemaakt;
  • Installatiegemak en gebruiksgemak, plug en play concepten;
  • Compactheid w.o. vermindering ruimtebeslag kanalen;
  • Het ontwikkelen van filtertechnieken voor betere zuivering, minder energiegebruik en minder onderhoud;
  • Warmteterugwinning bij natuurlijk gedreven ventilatie;
  • Gestuurd ventileren alleen dan en daar waar nodig (sensoren).

Programma 2d: Warmte/koude opslag

De belangrijkste doelstelling van dit programma is het ontwikkelen van compacte thermische opslag dat significant compacter dan water is (uiteindelijk een factor 5 compacter). Deze compactere opslag moet fluctuerend warmte-aanbod (collectoren, warmtenet) en -vraag kunnen helpen koppelen en flexibiliseren. In combinatie met elektrische warmtepompen kan thermische opslag ook flexibiliteit bieden aan het elektriciteitssysteem. Naast de ontwikkeling van laag-cyclische opslag van bijvoorbeeld zonnewarmte (van circa 80 °C) gaat het hier vooral ook om opslagsystemen die op kortere tijdschalen (binnen enkele weken of zelfs op etmaalbasis) kunnen worden geladen met laagwaardiger warmte, bijvoorbeeld uit warmtepompen (ca. 45 °C). Beide specificaties zijn bijzonder uitdagend en vereisen onderzoek naar de praktische haalbaarheid hiervan. Het ontwikkelen van geschikte materialen is een belangrijke focus in dit programma. Het gaat hier om materialen en apparaten voor compacte opslaginstallaties. Warmte/koude opslag in de ondergrond is onderdeel van programmalijn 4.

Het ontwikkelen van gecombineerde en geïntegreerde apparaten, waarin de componenten zoals ontwikkeld in programma’s 2a tot en met 2d worden samengebracht, is onderdeel van programma 0a.