22/03/2017
Door Ad Spijkers
Het Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) heeft samen met Johnson Controls voor zijn machinepark een bijzonder efficiënte warmtepomp ontwikkeld en geïnstalleerd.
Fraunhofer-FEP werkt aan oplossingen voor vacuümcoating, oppervlaktebehandeling en organische halfgeleiders. De testinstallaties hebben een omvangrijke en stabiele koelwatervoorziening van ongeveer 25°C nodig. Het verwarmde koelwater van ongeveer 28°C stroomt terug naar een verzameltank en wordt van daaruit, afgekoeld door een koeltoren, weer ter beschikking gesteld voor de testinstallaties. Het thermisch vermogen ligt, rekening houdend met de gegeven gelijktijdigheden van testen, bij maximaal 500 kW. De temperatuurregeling van de testhallen gebeurt via centrale ruimteverwarming.
Warmtepompen
Technici opperden het idee om voor de testhallen een warmtepomptoepassing te ontwikkelen. Fraunhofer FEP en Johnson Controls hadden al gezamenlijk een warmtepomp gerealiseerd voor het benutten van de vrijgekomen warmte uit een IT serverruimte (15 kW) voor verwarming van een kantoorgebouw. De als ‘afvalproduct’ in de warmtepomp ingevoerde ‘koude’ wordt gebruikt voor de actieve koeling van de serverruimte. Deze toepassing was technisch en economisch een succes en er werd een terugverdientijd van minder dan drie jaar berekend.
Voor de dimensionering van de nieuwe warmtepomp moest een vermogensbereik worden bepaald met het hoogst mogelijke aantal volledig benutte uren. Op grond van verschillende metingen werd de warmtepomp berekend voor 115 kW verwarmingsvermogen en 90 kW koelvermogen.
Uitvoering
Voor dit project kon niet worden teruggegrepen op een standaardoplossing. Johnson Controls als leverancier van de warmtepomp installeerde een systeem van twee compressoren (elk 50%), waarvan de ene traploos regelbaar en de andere ééntraps werd uitgevoerd. Zie onderstaand schema.
Aan verwarmingszijde werd de warmtepomp in een toevoersysteem voor de ruimteverwarming gekoppeld. De aanpassing van de regeling en waterhuishouding was moeilijk, maar werd opgelost. Voeding van uitsluitend het ruimteverwarmingssysteem zou in de nachtelijke uren en weekenden op grond van de werktijden van het instituut tot stilstand van de warmtepomp leiden. Daarom werd in de statische verwarmingskring (vermogen maximaal 50 kW) een extra afnemer gevonden, die een deel van de belasting kan overnemen. Daarbij komt, dat de warmteopname in de testinstallaties tijdens het weekeind toch al zeer beperkt is.
Tijdens de omvangrijke inbedrijfname werden ook zwakke plekken (hydraulisch en regelstechnisch) op andere – maar alleen door de warmtepomp te voeden – installaties vastgesteld en verholpen. De inregelperiode van de installatie werd in november 2016 gestart. Boven op de normale meetapparatuur werd veel extra meet- en telapparatuur geïnstalleerd. Ze moeten het economische en storingsvrije bedrijf van de installatie garanderen en helpen bij de documentatie. In de zomer van 2017 wordt op de eerste resultaten over techniek en economie gerekend.