Wat zou je doen als er een CV-ketel was die 20% beter presteerde dan de beste HR-ketel?
Hem kopen natuurlijk. De truuk om deze besparing te bereiken is het toepassen van een warmtepomp, een systeem dat warmte transporteert van een laag temperatuurreservoir (buitenlucht) naar een hoog temperatuurreservoir (de verwarmingsketel).
Schema van de warmtepomp
Hieronder ziet u met pijlen de energiestroom aangegeven. Een kwart aan elektriciteit en driekwart aan van buiten toegevoerde warmte levert de warmte naar de ketel.
Figuur 1: Schema van de warmtepomp, gebruikmakend van buitenlucht
Welke warmtepomp?
Omdat de buitentemperatuur kan dalen naar –10°C en we een verwarmingtemperatuur van 70°C willen, halen we ‘een kwart van de warmte’, de arbeidsfactor van vier, niet. Realistische arbeidsfactoren voor verschillende soorten warmtepompen zijn:
- elektrische warmtepomp 2.5
- gasmotor warmtepomp 1.2
- absorptiewarmtepomp 1.0
(bron: Senternovem)
Eén euro aan elektriciteit levert 20 MJ aan energie op, terwijl één euro gas 70 MJ aan energie oplevert. Daarom geven we de voorkeur aan de gasmotor warmtepomp. De absorptiewarmtepomp zou met de huidige stand van de techniek net zo goed zijn als een HR-ketel.
Uitleg warmtepomp
Wat nu nog niet uitgelegd is, is hoe de warmtepomp werkt. Volg daartoe bovenstaande figuur. Bij (1) de verdamper verdampt het werkmiddel en neemt warmte op uit de buitenlucht. Bij (2) de compressor wordt de druk verhoogd wat tot kookpuntsverhoging leidt. De compressor wordt in ons geval aangedreven door een gasmotor. Bij (3) condenseert het werkmiddel en geeft warmte af aan het ketelwater. Na (3), en dat is niet getekend, komt de nozzle, een vernauwing in de onderste leiding waardoor de vloeistof expandeert een weer de lage druk krijgt. Kookpuntsverlaging is het resultaat, waardoor het weer bij (1) kan verdampen bij een lage temperatuur.
Welk werkmiddel?
Omdat het lage temperatuurreservoir –10°C en het hoge temperatuurreservoir 70°C is, hebben we een werkmiddel nodig dat bij –10°C en bij 1 bar absolute druk verdampt en bij hoge druk (15 bar) bij 70°C condenseert. We lezen af uit de onderstaande table van gangbare refridgerants, (=koelmiddelen),
| Code | Chemische Formule | Kritische temp [°C] | Kookpunt [°C] | |
|---|---|---|---|---|
| 1 bar | 20 bar | |||
| R22 | CHClF2 | 96 | -41 | 52 |
| R32 | CH2F2 | 78 | -52 | 31 |
| R 113 | CCl2FCClF2 | 214 | 47 | 178 |
| R 134a | CH2FCF3 | 101 | -26 | 67 |
| R 142b | CH2CClF2 | 137 | -10 | 97 |
| R 290 | Propaan (C3H2) | 96,8 | -42 | 68 (25 bar) |
| R 502 | R22/R115 Azeotroop | 82 | -46 | 48 |
| R 600 | n-Butaan (C4H10) | 152.1 | -0,4 | 124 (25 bar) |
| R 600a | Isobutaan (C4H10) | 135 | -11,7 | 108 (25 bar) |
| R 717 | Ammoniak (NH3) | 133 | -33,3 | 58,2 (25 bar) |
| R 718 | Water (H2O) | 374 | 100 | 212 |
| R 1270 | Propeen (C3H6) | 91,5 | -47,7 | 48 |
dat we R600a, isobutaan wel eens kunnen gebruiken. We blijven onder de kritische temperatuur, waarboven het isobutaan gasvormig wordt.
Klomp ijs
Als we warmte onttrekken aan de buitenlucht zal er waterdamp condenseren op de koude warmtewisselaar. Dit water zal bevriezen. Dat lijkt niet erg, maar ijs isoleert als de beste. Daarom zal de leiding van de warmtewisselaar met gloeispiraal worden uitgevoerd om het ijs regelmatig even te smelten, zodat de machine weer kan werken. Overigens wordt natuurlijk niet van alle afgevoerde warmte ijs gemaakt. Betere ideeën dan de gloeispiraal zijn altijd welkom.
March 18th, 2007 at 4:50 pm
Hallo GJ,
Goed artikel, ik heb nog een paar vragen:
Welk type gasmotor wordt gebruikt in dit soort installaties (wankelmotor, gasturbine, Stirlingmotor, zuigermotor?
Zou je een in volgend artikel kunnen uitleggen hoe een gasabsorptie-warmtepomp werkt?
Wat betreft de ijsafzetting op de buiten-warmtewisselaar schijnt het dat het probleem zich vooral voordoet als het systeem een tijdje stil heeft gestaan zodat zich vocht heeft kunnen verzamelen. Zodra de warmtewisselaar weer droog is blijft hij ook droog omdat hij continu ‘gevriesdroogd’ wordt door de externe ventilator-luchtstroom.
March 18th, 2007 at 5:32 pm
Iets anders: waarom zou je energie uitwisselen met de buitenlucht? Warmtepompen werken toch juist met een uitwisseling met de bodem, hetzij met een gesloten spoel aan de oppervlakte, hetzij met een open bron op een wat dieper niveau.
Dan heb je al die problemen met ijsafzetting etc. niet.
March 19th, 2007 at 2:51 pm
Beste Victor,
ik zat te denken aan een gasverbrandingsmotor met zuigers. De uitlaatgassen gaan nog eens door de ketel, en koeling kan via de koude warmtewisselaar gaan. Zo gaat weinig warmte verloren bij de motor. Ik heb op internet al een motor gevonden op aardgas.
Beste Jeroen,
Hoe praktisch is het boren van een put in je tuintje om grondwater op te pompen? De toepassing die ik wil is bij huishoudens die een rechttoe-rechtaan cv ketel willen, zonder dat daar extra voorzieningen voor moeten worden aangelegd. Dat doet overigens niets af van de duurzaamheid van de bestaande systemen. Petje af voor diegenen die zo’n ding hebben.
March 25th, 2007 at 9:17 pm
Geert-Jan: je hebt al een gas-WP gevonden (op internet) … welke ?? Enkele jaren terug heeft Nefit het geprobeerd met de Auris-gas-WP, maar dat product is nooit ‘doorgebroken’. Was het niet goed genoeg? Te duur misschien? Te veel mankementen?
Weet je ook van WP’s tbv luchtverwarming (á la Brink)?
Hoe zit het met de mogelijkheid van koeling bij een gas-WP?
Aad
March 26th, 2007 at 8:20 am
Het omschreven systeem bestaat op de nederlandse markt, echter te duur en maakt veel lawaai.
Ik heb hieromtrent in 2004 gekozen voor een lucht/lucht warmtepomp op elektriciteit en niet de voorgestelde lucht/water, wat typisch is voor een gaswarmtepomp. Voordeel van mijn installatie: lagere temperaturen, cop 4,4 bij 7°C (gas R407, ook propaan dacht ik).
Betreffende het voorstel, prima te noemen, enkele mogelijkse verbeteringen:
-) indien het systeem ook als airco kan werken én er een klein buffervatje aanwezig is, kan er voldoende energie gestockeerd worden om uw gloeispiraal ver vervangen. De benodigde energie daalt met de COP waarde voor ontijzen;
-) een binneninstallatie met lage temp verwarming en enkele hoge temp radiatoren + warm tapwater. Lage temp verwarming krijgt warmte van warmtepomp, hoge temp+boiler van motor koeling;
enkele vaststellingen voorafgaand aan mijn beslissing:
-) putjes maken is duur
-) grondwater kan agressief zijn
-) bodemwarmte is duur met gas en verbuikt meer elektriciteit indien glycol
-) niet laten komen tot ijsafzetting maar rijp en dat bekom je als je koelt beneden dauwpunt
June 26th, 2007 at 10:19 pm
Een idee voor de gloeispiraal van de condensor
de compressor levert warmte /koude en verwarmt ook zijn eigen smeerolie wellicht is dit voldoende om alles ijsvrij te houden?
March 11th, 2008 at 9:39 pm
Deze warmtepomp wordt ook gebruikt op de modellen van samsung airconditioners. Deze werken dan wel op elektriciteit, maar zijn alsnog in staat om heel goedkoop te verwarmen. Misschien een idee om hier een stukje over te schrijven?
March 11th, 2008 at 9:41 pm
De nieuwe modellen van Samsung hebben ook een warmte pomp, deze werken dan weliswaar op elektriciteit, maar zijn wel in staat om goedkoop te verwarmen en te koelen. Wellicht een idee om hier een stukje over te schrijven?
August 13th, 2008 at 12:00 pm
Geachte Heer,
Wij verkopen in europa een door General Electric ontwikkelde anti condens folie die juist onder vriesomstandigheden functioneerd. Tot op dit moment hebben wij ons vooral gericht op de vrieskasten met glazen deuren in supermarkten. Als de deur wordt geopend zal het glas beslaan. Daarom zijn deze deuren voorzien van een glasverwarming. Onze folie wordt reeds in diverse supermarkten in europa met succes toegepast. De folie aangebracht aan de binnenzijde van de deur zorgt er voor dat met een uitgeschakelde deurverwarming de deur nooit meer beslaat. Ik zag op U site dat warmte wisselaars in warmte pompen last hebben van condens en daardoor ijsvorming, en dat U daarom een verwarmingspiraal toepast. Wellicht zou onze folie hierin iets kunnen betekenen. Mocht U geintresseerd zijn, dan hoor ik dat graag van U.
July 15th, 2009 at 8:20 pm
Goedendag,
voor http://100procentzon.vernieuwendwonen.nl/index.htm zoeken we lucht-gasabsorbtie-warmtepompen voor de 11 wooneenheden (70 appartementen van uiteenlopende grootte wn 10 woningen van gelijke grootte)
ook zoeken we PV-systemen, om zoveel mogelijk zelfvoorzienend te worden
ook denken we na over allerlei andere opties, zoals terugwinning van warmte van douchewater en hot fiils voor wasmachines
vóór medio september willen de algemene ledenvergadering informeren naar mogelijkheden, prijzen, termijnen enz
aanvang werkzaamheden medio 2010
Vriendelijke groet,
Emil Möller
0651860992
February 27th, 2011 at 2:25 pm
De werking van een warmtepomp is in wezen hetzelfde als dat van een koelkast. In de koelkast zit de verdamper welke de warmte ontrekt aan de producten. Het door de producten opgewarmde koudemiddel wordt door middel van een compressor samengeperst, waardoor het aan de condensor aan de achterzijde weer zijn warmte afstaat aan de omgeving. Een warmtepomp ontrekt warmte uit het milieu (lucht, water of bodem) en geeft deze warmte met hulpenergie van een
compressor af aan uw verwarmingssysteem en/of warmtapwater.
Een belangrijk verschil met een koelkast, is dat een systeem met een warmtepomp geen kant en klaar produkt is. Zo moet bijvoorbeeld de bodemwisselaat goed afgestemd zijn op de capaciteit van de warmtepomp en de warmtebehoefte in de woning. Ook moet het verwarmingssysteem in de woning geschikt zijn voor een warmtepomp, zoals laag temperatuur verwarming in de vorm van vloerverwarming.
Wanneer alles goed op elkaar is afgestemd, kan een optimaal rendement met zeer lage energielasten worden verwacht.