We doen hard ons best om op elk dak in Nederland een zonnepaneel te leggen, maar met de gevels schiet het nog niet zo op. TNO, AkzoNobel en Emergo ontwikkelden daarom de warmtewingevel: een thermische zonnecollector voor op de wanden van gebouwen. Erg handig, en misschien nog belangrijker: best mooi!

“Wat je nu veel ziet is dat de daken worden gebruikt voor de opwek van elektriciteit, met zonnepanelen”, vertelt Gerrit-Jan van Riessen, hoofd R&D Energiesystemen bij Emergo. “Maar de gevels blijven onbenut. Die kunnen dus uitermate geschikt zijn om warmte te oogsten. (…) Dan is het een hele mooie aanvulling.”

Het klinkt altijd leuk, de wanden en gevels van gebouwen volhangen met PV of warmtecollectoren. Maar je loopt al snel tegen een probleem aan: niemand wil tegen al die zonnepanelen of PVT-panelen aankijken.

TNO, AkzoNobel en Emergo sloegen de handen ineen om een thermische zonnecollector te ontwerpen die gebouwen mooier maakt, in plaats van lelijker. De oplossing hiervoor is een coating – een laag verf die het mogelijk maakt een groter deel van het lichtspectrum te benutten én systemen in lichtere kleuren in te zetten. In een webinar lichtten ze toe hoe dit systeem, de warmtewingevel, werkt en presteert.

De warmtewingevel
Van Leeuwen legt aan de hand van een schematische weergave (zie onder) uit hoe het systeem werkt. “Wat je ziet is een versimpelde rijwoning, waarbij we de warmtecollectoren aan de gevel hebben opgehangen”, vertelt ze. De warmte die op de gevel wordt opgewekt gaat in eerste instantie naar een buffervat. Van Leeuwen: “Deze dient dan als bron voor een warmtepomp, waarbij je de warmte kunt benutten voor zowel warm tapwater als voor ruimteverwarming.”

Volgens Van Leeuwen heeft dit een aantal toepassingen. Ten eerste is het een duurzame en efficiënte warmtebron, die kan worden ingezet op plekken in de gebouwde omgeving waar je bijvoorbeeld niet zomaar een bodemlus kan aanleggen. Ook is het een oplossing voor woningen die toch gerenoveerd moeten worden vanwege de slechte isolatiewaarde, waar hoe dan ook werk aan de gevel bij nodig is. De gevel zelf heeft volgens Van Leeuwen geen impact op de isolatiewaarde van de gevel, al kan het wel in combinatie worden toegepast.

Een ander groot voordeel is dat het systeem in de toekomst ook kan worden ingezet om te koelen. “Daarvoor maken we gebruik van de warmtepomp en kunnen we zorgen dat de woning ook in de zomer op een behagelijke temperatuur blijft”, vertelt Van Riessen. “Dat is wel nog een verdere ontwikkeling op wat we nu hebben staan, maar daar gaan we mee door zodat we die koelfunctie ook mogelijk kunnen maken.”

Calosol
Calosol, de coating die door TNO en AkzoNobel werd ontwikkeld, is de technologische crux van de oplossing. Sanne van Leeuwen, onderzoeker bij TNO, legt uit: “Eigenlijk zien we als mens maar een klein deel van het zonlicht, het zichtbare deel. En wat wij dus benutten bij de warmteoogst is het ‘nabij-infrarood’; een ander deel van het zonlicht dat wij niet kunnen waarnemen.”

“Daarnaast hebben we gewerkt aan het esthetische component van het concept”, vertelt Van Leeuwen. “Waarbij we de coating hebben geoptimaliseerd zodat die ook bij lichtere kleuren warmte kan oogsten, en zo toch een mooie uitstraling in de gebouwde omgeving kan opleveren.”

Volgens Van Riessen valt het nieuwe stijlelement goed in de smaak. “We zien dat het heel enthousiast ontvangen wordt, met name door de ontwerpers en architecten”, vertelt hij. “Met deze warmtewingevel kunnen ze iets moois maken, zowel bij renovaties als bij nieuwbouw.”

Pilotprojecten laten goede opbrengsten zien
Een van de eerste demo’s met deze technologie is gerealiseerd bij de renovatie van een gymzaal in Almere. Op de gymzaal is ruim honderd vierkante meter aan gevelcollectoren aangebracht.

“Daar zie je een stukje van de ontwerpvrijheid in de vormgeving van de panelen”, vertelt Van Riessen. “Bijvoorbeeld de verticale beleiding die de architect graag wou. Maar hij werkt ook met reliëf en verschillende kleurtinten groen, om het gebouw op een natuurlijke manier op te laten gaan in de boomrijke omgeving.”

De zaal mag er mooi uit zien, maar het gaat natuurlijk om meer dan de schoonheidsprijs. “Het is dan ook echt fantastisch om te zien dat de resultaten (op energetisch gebied, red.) uit een eerste demonstratie boven verwachting goed zijn”, vertelt Van Riessen.

Van Riessen laat een grafiek zien (zie onder) waarin de opwek van de verschillende wanden en de capaciteit van de buffer worden weergegeven. Volgens Van Riessen verwarmt de warmtepomp ’s nachts de zaal met behulp van opgeslagen warmte uit de buffer. In de loop van de ochtend schiet de productie uit de panelen omhoog en overstijgt de opwek de warmtevraag ruim. Op dat moment gaat de groene lijn van de opgeslagen warmte in de buffer ook omhoog, tot de zon weer ondergaat en de cyclus opnieuw begint.

De demo met de gymzaal in Almere laat zien dat de warmtewingevels daar voldoende zijn om in de warmtevraag te voorzien. Van Riessen geeft aan dat het buffervat daar mogelijk nog wat groter is dan absoluut noodzakelijk. “De buffer hier in de gymzaal is tweeduizend liter”, vertelt hij. “Voor een woning in Stadskanaal hebben we een buffer van tweehonderd liter, dus dat is veel compacter. Het is voor ons nog even kijken wat de optimale buffergrootte is.”

Tot acht keer hogere opbrengst dan PV
Van Riessen vergeleek in zijn presentatie ook nog de opbrengsten van de warmtewingevel met dat van PV-panelen. “Het is elektriciteit met warmte vergelijken, maar het is allebei energie”, licht hij toe.

“We pakken even een zonnepaneel van 325 wattpiek, dat is 200 watt per vierkante meter. Als je die optimaal op je dak legt, richting het zuiden, haal je daar per jaar 0,7 gigajoule per vierkante meter uit. Als je dat vergelijkt met het paneel van de warmtewingevel, kun je daar per vierkante meter wel 6 gigajoule per jaar uit halen. Dat is een factor acht hoger.”

Die opbrengst is volgens Van Riessen mogelijk omdat de gevelpanelen niet alleen zonne-energie absorberen, maar ook warmte uit de omgevingslucht onttrekken. “Dat verklaart ook dat een paneel op de noordkant van een gebouw nog steeds heel veel energie kan leveren”, vult hij aan. “Daar zit je nog steeds rond de 3 à 4 gigajoule per vierkante meter op jaarbasis.

Van Leeuwen is dan ook optimistisch over de potentiële toepassing van de warmtewingevel: “We verwachten dat dit concept uiteindelijk op grotere schaal succes kan hebben. Het kan bijdragen aan de transitie om Nederland van het gas af te helpen. We zien bij de monitoring van de gymzaal in Almere dat het concept werkt. En het draagt bij aan ons grotere doel, het ontwikkelen van duurzame renovatieconcepten.”