Propaan staat bekend als een zeer efficiënt en klimaatvriendelijk koudemiddel, maar de brandbaarheid vormt een rem op grootschalige toepassing in warmtepompen. Om dat te veranderen, werken Europese fabrikanten voor het eerst intensief samen met onderzoeksinstituut Fraunhofer ISE aan een nieuw koudemiddelcircuit met een extreem kleine vulling. Dit moet propaanwarmtepompen veiliger, goedkoper en breed toepasbaar maken.
Gezamenlijke ontwikkeling: een doorbraak op zich
Het LC150-project ging twee jaar geleden van start en wordt gefinancierd door de Duitse overheid. Inmiddels zijn grote fabrikanten zoals Vaillant, Bosch en Viessmann aangesloten. Doel is de ontwikkeling van een water/water-warmtepomp met maximaal 150 gram propaan en een vermogen tussen 5 en 10 kW, volledig opgebouwd uit componenten die al op de markt verkrijgbaar zijn.
Die samenwerking is bijzonder: fabrikanten ontwikkelden voorheen afzonderlijk hun systemen. Door standaarden te delen en samen te ontwerpen, kan productie op termijn aanzienlijk goedkoper worden — vergelijkbaar met de gestandaardiseerde onderdelen in de automotive sector.
Prototype bewijst dat een minimale vulling haalbaar is
Fraunhofer toonde al eerder aan dat een propaanvulling van slechts 150 gram realistisch is. Een prototype leverde daarmee 8 kW verwarmingsvermogen, met een koudemiddelinhoud die ruim 75 procent lager is dan die van huidige systemen. Dit prototype kwam uit op ongeveer 18 gram per kW, terwijl veel huidige propaanwarmtepompen 60 tot 100 gram per kW nodig hebben.
Technische innovaties om de vulling te verkleinen
Op de Gustav Lorentzen Conference in Japan lichtte projectleider Lena Schnabel toe welke technische aanpassingen hiervoor nodig zijn. De onderzoekers richtten zich vooral op componenten die normaal de grootste hoeveelheid koudemiddel vereisen. Belangrijke ingrepen waren onder andere:
- het gebruik van asymmetrische platenwisselaars met kleinere diameter en kortere kanaallengtes;
- testen met verschillende wisselaarontwerpen na problemen met koudemiddeldistributie;
- experimenten met meerdere compressortypen en temperatuurtrajecten;
- samenwerking met compressorfabrikanten om de compressorsnelheid te optimaliseren voor een beter rendement.
Uit testen bleek bijvoorbeeld dat een rotary-compressor een hogere COP en meer vermogen levert dan een scrollcompressor, maar wel een grotere koudemiddelvulling vraagt. Continu werd gezocht naar de beste balans tussen vermogen, COP en minimale vulling.
Optimalisatie in volle gang
Het LC150-project loopt tot maart 2023. Tot nu toe zijn meerdere configuraties getest en verschillende toepassingen doorgerekend — met volgens Fraunhofer veelbelovende resultaten. In de resterende projectperiode wordt het prototype verder geoptimaliseerd en worden de bevindingen uitgebreid gevalideerd.
Als de samenwerking slaagt, kan dat een grote stap betekenen richting compacte, veilige en betaalbare propaanwarmtepompen die zonder extra veiligheidsmaatregelen binnenshuis kunnen worden geplaatst.
