Je huis verwarmen door water te laten bevriezen: hebben we straks allemaal een SolarFreezer?

Met zonnepanelen voor warmte en elektriciteit op het dak en een bufferzak in de kruipruimte is het mogelijk goed geïsoleerde huizen of bijvoorbeeld kantoorruimtes duurzaam te verwarmen met de SolarFreezer. De techniek is bewezen, het systeem werkt en is al toegepast in meer dan honderd bouwprojecten in Nederland. Toch zocht SolarFreezer BV contact met het Saxion-lectoraat Duurzame Energievoorziening, vertelt onderzoeker Hans Gelten. Uit een eerder onderzoek naar het systeem kwamen een aantal uitdagingen naar voren, die met name de werking van de bufferzak kunnen verbeteren. In de periode 2020-2023 doet het lectoraat, samen met Saxion-studenten van verschillende opleidingen, onderzoek naar technische oplossingen om de SolarFreezer te optimaliseren.

Het dilemma van ijsvorming

Hoe werkt de SolarFreezer? Het systeem maakt het hele jaar efficiënt gebruik van zonne-energie. Overtollige warmte wordt in warme periodes richting een grote waterbuffer geleid. Daalt de buitentemperatuur, dan wordt deze warmte  samen met de stollingswarmte van het water gebruikt door de warmtepomp. Die voorziet het huis in de winter van energie. “Wanneer het water in de bufferzak in een koude periode stolt tot ijsdeeltjes, komt daar relatief veel energie bij vrij. Die energie speelt een belangrijke rol bij het aandrijven van de warmtepomp,” legt Hans uit. “Maar bij die ijsvorming in de bufferzak zit direct het dilemma. Het ijs vormt zich namelijk ook rond de pijpleiding in de waterzak. Dat geeft een isolerende werking die we daar niet willen. Aan de ene kant wil je die ijsvorming voor het opwekken van energie. Het ijs mag ronddrijven in de bufferzak. Aan de andere kant mag dat ijs niet strak rond de pijpleiding gaan zitten. Daar ligt de uitdaging van ons onderzoek.”

Verfrissende inbreng van studenten

Het specifieke probleem was voor Jacques Mathijsen van SolarFreezer BV aanleiding om contact te zoeken met Saxion, vertelt hij: “Zelf beschikken we niet over een grote ontwikkelafdeling. Door samenwerking met Saxion snijdt het mes aan twee kanten. We kunnen opdrachten formuleren die voor studenten interessant zijn, maar die ons in veel gevallen ook aanknopingspunten bieden het product door te ontwikkelen. Bovendien voelen we een stuk maatschappelijke verantwoordelijkheid om ruimte te bieden aan studenten om zich via praktijkonderzoek verder te ontwikkelen. We merken dat hun inbreng verfrissend is. Ze denken buiten de bestaande kaders die wij als bedrijf hebben.”

Creativiteit en denkkracht

Dat beaamt ook Simon Hageman, die als associate-lector bij het project betrokken is: “Bij één van de eerste besprekingen trok één van onze studenten direct een parallel met de vliegtuigindustrie, waarbij bepaald materiaalgebruik ongewenste ijsvorming op vleugels kan tegengaan. Ook is er onderzoek naar de invloed van een textiele coating en naar het effect van stromend water op ijsvorming rond de leidingen in de bufferzak. Dat out-of-the-box denken versterkt het onderzoek alleen maar.” In korte tijd hebben studenten van de opleidingen Chemie, Chemische Technologie, Fashion & Textile Technologies, Technische Natuurkunde, en Werktuigbouwkunde onder andere via een Smart Solutions-projectgroep volop onderzoek gedaan naar oplossingen. “We hebben perfect gebruik kunnen maken van hun creativiteit, nieuwsgierigheid en denkkracht. Het kon niet beter,” aldus Simon.

Verbeteringen aan het systeem

Na deze eerste onderzoeksperiode brengt het lectoraat alle positieve opbrengsten van de studenten bij elkaar, vertelt Hans: “Met die mooie oogst van grondig geteste oplossingen willen we tot een integraal voorstel komen waarmee Jacques zijn systeem verder kan optimaliseren. We hebben nu in korte tijd een enorme verbeterslag gemaakt. Het was ook mooi dat we al die tijd intensief met zijn bedrijf hebben opgetrokken. De studenten gaven tussentijdse presentaties waarin ze hun voortgang met Jacques deelden. Het is mooi te zien hoe enthousiast hij daar van werd. Op hun beurt hebben de studenten enorm veel van de onderzoeksopdrachten geleerd en gaven deze presentaties inspiratie om van elkaar te leren.”

Energietransitie

Is de SolarFreezer de ultieme oplossing voor de energietransitie? Simon: “Het is één van de oplossingen, naast andere ontwikkelingen. Niet elk huis heeft een eigen dak voor zonnepanelen. Niet alle huizen hebben een eigen kruipruimte. En ook niet alle woningen zijn al goed geïsoleerd. Toch is dit systeem voor een groot deel van de woningen en kantoren een fantastische oplossing. Het ijs smelt en stolt bij een temperatuur van nul graden. Woningverwarming vindt plaats met een lage temperatuur. En als je je huis wilt verwarmen, geldt: hoe kleiner de temperatuursprong tussen de energiebron en de afgiftetemperatuur, hoe energiezuiniger dat is. In goed geïsoleerde huizen is er dan niet veel nodig om de temperatuur weer op een aangenaam niveau te krijgen. Daar zijn dit soort toepassingen zeer geschikt voor.”

Regenwater en zonne-energie

Nu het onderzoek en de samenwerking tussen Saxion en SolarFreezer een nieuwe fase ingaat, denkt het bedrijf na over vervolgstappen om het concept verder uit te breiden, zegt Jacques: “We gaan naar een ontwikkeling toe dat we regenwater opvangen, voordat het in het riool belandt. Dat gebufferde water, in combinatie met zonne-energie, kunnen we weer gebruiken voor warmtevoorziening. Het regenwater levert dus thermische energie, maar kan voor later gebruik ook ingezet worden voor het spoelen van het toilet, het sproeien van de tuin, of als toevoer voor de wasmachine. Er zijn veel mogelijkheden om het concept uit te breiden of te verbreden. Wat dat betreft ervaren we het als pure luxe om vanuit ons bedrijf samen te mogen werken met Saxion. Zeker met zo’n multidisciplinair studententeam en zeker als het gaat om dit soort toekomstige toepassingen die bijdragen aan de energietransitie.”

Dit project kwam tot stand met financiering van Tech For Future (Centre of Expertise HTSM Oost), onder verantwoordelijkheid en begeleiding van ir. Hans Gelten (Saxion, projectleider), dr. ir. Simon Hageman (Saxion, associate lector), dr. ir. Richard van Leeuwen (Saxion, lector Duurzame Energievoorziening) en Jacques Mathijsen (directeur SolarFreezer).