Bowen_HAFX schreef op donderdag 29 december 2022 @ 07:41:
Het is een tijd geleden dat ik het vak thermodynamica heb gehad tijdens mijn studie werktuigbouwkunde, maar heb het boek toevallig recent nog open geslagen om het werkingsprincipe van een WP uit te leggen aan mijn vrouw. Was het zelf ook al deels vergeten, maar dat terzijde.
Stap 1 is het definiëren van het rendement en de precieze temperaturen. Waar hebben we het nu precies over? Heb je het qua rendement over de COP van de hele warmtepomp?
Stap 2. Het doel van de compressor is de supersaturated vloeistof te veranderen in gas door de druk te verhogen en daarmee ook de temperatuur. Dit kost energie. Als je de compressor nu laat draaien, maar hij mag de druk en temperatuur amper verhogen, dan is zijn nuttige output richting nul en daarmee zijn rendement op een gegeven moment ook. Bij een ontzettend hoge delta T gaat ook het rendement naar beneden, want je verhoogt nog wel de temperatuur, maar niet de druk. En dan verlies je tevens de capaciteit om warmte te verpompen.
Het doel van de compressor is gasdruk te verhogen en daarmee dus gelijk de temperatuur, deze zijn namelijk aan elkaar gekoppeld bij koudemiddelen. De compressor kan niet of alleen de druk of alleen de temperatuur verhogen. De condensor is er puur om van het gas vloeistof te maken, bij condensatie komt er energie vrij. Dit gebeurt in een standaard platenkoeler (bij onze warmtepompen, bij grote installatie heb je vaak buizenkoelers). Boven komt het gas in, en onder vloeistof uit. Het cv-water gaat onder in, en boven uit, zodat de uittrede de hoogste temperatuur heeft. De efficientie van de platenkoeler hangt af van het oppervlak van de platen en de verschiltemperatuur tussen het ingaande gas en het ingaande water. De dT dus tussen de twee circuits. Het persgas van de compressor zal flink wat warmer zijn dan uittrede cv-water. Als de flow van beide media nagenoeg nul is, dan zal het uittredewater dezelfde temperatuur hebben als het intredende gas, dat is ongelooflijk efficient. Maar met nul flow krijg je je huis niet warm, dus dat doen we niet.
Als je het hebt over het rendement van de WP, hoe minder de compressor de druk en temperatuur mag verhogen, hoe minder warmte er verpompt kan worden. Ondertussen heb je nog andere componenten die ook energie kosten, zoals de vloeistofpompen. Als je dus bijna geen warmte overdracht hebt (lage delta T), moet je dus sneller pompen. Sneller pompen kost energie.
Resumerend, je bespaart misschien de energie die de compressor nodig heeft per slag met een lage deltaT, maar dit hoeft niet perse zijn eigen rendement heel veel te verbeteren. Daarnaast heb je nog allerlei randapparatuur die mogelijk meer energie gaan vragen. Wat je bespaart aan energie bij de compressor, komt er weer bij bij de pompen en ventilatoren. Dus het rendement van de gehele WP kan behoorlijk in elkaar zakken.
Zoals gezegd is het expansieventiel leidend in de drukken. De warmtepomp rekent echter wel uit hoe hoog de gastemperatuur moet zijn om de gewenste aanvoertemperatuur van het cv-circuit te behalen. Toevallig bij alpha innotec kijkt de wp naar de retourtemperatuur, is deze te laag, dan moet de persdruk van de compressor omhoog, dus ook de temperatuur, grotere dT tussen gas en cv-water, meer warmteoverdracht. Maar ook hier weer, bij grotere dT tussen gas en water, een hogere efficientie van de condensor.
De dT over de verdamper hangt af van de brontemperatuur en de druk van de vloeibare freon. In de zuig van de compressor mag nooit vloeistof komen, dus zal de verdamper oververhitten. Er wordt meer warmte uit de bron onttrokken.
Bij een hogere brontemperatuur kan de wp op een hogere druk verdampen wat betekent dat de zuigdruk van de compressor ook hoger is. De compressor hoeft minder te doen voor dezelfde druk/temperatuurverhoging en dus weer een hoger rendement.
En precies wat ik ook al heb gesteld, waar zit het kantelpunt dat het elektrisch meerverbruik van hoger cv-debiet de efficientie van de compressor door lagere persdruk teniet doet?
Het vermogen van centrifugaalpompen P=Q*dP. Op hogere toerentallen bij hetzelfde leidingwerk zullen Q en dP toenemen waardoor de vermogenscurve niet lineair is. Ook het pomprendement is niet op elk punt gelijk, op zeer lage toerentallen ligt dit lager dan bij ontwerptoerental (ongeveer 80% maximum toerental).
We kunnen wel stellen dat bij vrij lage debieten <2m3/h de toename in debiet weinig meer elektrisch vermogen vraagt bij een gemiddelde vloerverwarmingsinstallatie omdat het rendement vrij snel oploopt t.o.v benodigd vermogen.
Het gaat bij efficientie dus niet enkel om dT van de aparte circuits, maar ook om de dT die ze ten opzichte van elkaar hebben.