Waarom de Thermische Batterij een ijsklontje is

Als een warmtepomp een omgekeerde koelkast is, is onze Thermische Batterij een achterstevoren ijsklontje. 

“Net als een koelkast, maar dan omgekeerd”, was lange tijd hoe technische mensen aan niet technische mensen uitlegden hoe een warmtepomp werkt. Die niet technische mensen hadden daar weinig aan, want die wisten ook niet hoe een koelkast werkt. 

Toch nodigt het warme weer deze week wel uit om te praten over koele (coole!) dingen. Vandaag: de Thermische Batterij. Die werkt als een ijsklontje, maar dan achterstevoren.   

Doe-opdracht: stop met lezen, pak een glas limo, doe er een ijsblokje in, kijk wat er gebeurt. (En neem een slokje!)  

Waarom doen we een ijsklontje in ons drankje als het warm is? Omdat dit simpele ijsblokje eigenlijk een bijzonder natuurkundig proces doorloopt. Het gaat als water de vriezer in, en komt er als ijs uit. Het heeft een fase-overgang gemaakt, van vloeibaar naar vast. Tijdens deze fase-overgang zijn de moleculen van de plens water op een andere manier ten opzichte van elkaar gaan staan, waardoor het water hard geworden is. Het kost veel energie om deze nieuwe molecuulstructuur aan te nemen. Hoeveel? Om water van 0 graden te bevriezen tot ijs van 0 graden, heb je evenveel energie nodig als het verwarmen van diezelfde hoeveelheid water van 0 graden naar 80 graden!  

Omgekeerd kost het net zoveel energie om van ijs terug naar water te gaan. Dat ijsblokje onttrekt heel veel energie in de vorm van warmte aan je drankje, om te smelten. Dat ijsblokje is een mini-opslag van geconcentreerde kou, of een soort warmtespons. Daarom is het zo goed in het koelen van je drankje. 

Leuk, deze natuurkundeles, maar wat heeft dit met de Thermische Batterij te maken? Alles! In de Thermische Batterij zit namelijk geen water, zoals in een regulier tapwatervat, maar een speciaal fase-overgangsmateriaal, ook wel bekend als phase change material of PCM. Dit PCM bevriest niet bij 0 graden, maar bij 58 graden. Onder 58 graden is het PCM een vaste stof. Dus als de Thermische Batterij op kamertemperatuur is, is het PCM hard (bevroren). De warmtepomp stuurt 62 graden naar de Thermische Batterij. Net als het ijsblokje in het drankje smelt het PCM door de warmte. En net als bij het ijsblokje verandert de molecuulstructuur tijdens deze fase-overgang, en gaat er erg veel energie zitten in het openbreken van de harde structuur naar de vloeibare structuur. Veel meer dan bij het simpelweg verwarmen van het PCM.  

Als je vervolgens gaat douchen stroomt er koud leidingwater door de Thermische Batterij. Het vloeibare, warme PCM geeft al die energie van de fase-overgang als warmte af aan dit water, totdat het PCM weer helemaal afgekoeld en bevroren is. Omdat die warmte uit de fase-overgang komt, en niet uit de warmte van het PCM zelf, zit er meer warmte, in minder materiaal. Daarom is de Thermische Batterij 4x zo klein als een regulier tapwatervat. Dat ‘ie daarom in iedere woning past, is nu zo klaar als een (ijs)klontje! 

Nog een leuk weetje? De overheid vindt PCM zo tof, dat zakelijke gebruikers zoals woningcorporaties EIA kunnen aanvragen op de Thermische Batterij!