Industrial Heat Pumps

 

Ammoniak warmtepomp

Met het werkmiddel ammoniak kunnen warmtepompen op temperaturen 80 à 90 °C worden ingezet. Met ammoniak kan een goed rendement worden behaald. Door het toepassen van een vloeistof onderkoeler kan het rendement nog verder worden verhoogd. Op deze pagina wordt toegelicht hoe een ammoniak warmtepomp op een efficiente manier kan worden ingezet. Hierbij is uitgegaan van de volgende condities:

Standaard cyclus

In de standaard cyclus bestaat de warmtepomp uit een compressor, condensor, expansie-orgaan, vloeistofafscheider en verdamper. Dit is in onderstaand schema en log-pH diagram weergegeven bij een condensatietemperatuur van 80 °C en een verdampingstemperatuur van 35 °C. In het schema zijn de volgende punten weergegeven:

  1. Uitlaat verdamper / inlaat compressor (lage druk gas, verzadigd)
  2. Uitlaat compressor / inlaat condensor (hoge druk gas, oververhit)
  3. Uitlaat condensor / inlaat expansie-orgaan (hoge druk vloeistof)
  4. Uitlaat expansie / inlaat afscheider (lage druk gas/vloeistof mengsel)
  5. Inlaat verdamper (lage druk vloeistof)

Ammoniak warmtepomp
De COPH van de warmtepomp wordt berekend met de verhouding tussen de nuttige energie (enthalpieverschil punt 2-3) en de compressorenergie (enthalpieverschil punt 1-2). In het log-pH diagram is te zien dat veel oververhitting ontstaat bij de compressie, punt 2 ligt immers ver van de verzadigingslijn af. Deze oververhitting kan worden benut in de condensor. Rekening houdend met een motorrendement bedraagt de COPH van deze cyclus circa 4,6. Het gecondenseerde vloeistof (punt 3) bevat nog warmte. Hierdoor ontstaat flashgas bij de expansie van het ammoniak. De hoeveelheid flashgas bedraagt in dit geval ongeveer 20% van het geëxpandeerde koudemiddel. De vloeistofwarmte kan door middel van een vloeistofonderkoeler worden benut, hierdoor zal het rendement stijgen en de hoeveelheid flashgas afnemen.

Ammoniak warmtepomp met vloeistofonderkoeling

Door het toepassen van een vloeistof onderkoeler kan de warmte uit de gecondenseerde vloeistof worden benut. Hierdoor neemt de hoeveelheid nuttige warmte toe, waardoor de COPH hoger wordt en de hoeveelheid flashgas bij expansie afneemt. In onderstaand schema en log-pH diagram is de cyclus van de butaan warmtepomp met vloeistof onderkoeler weergegeven. Dit schema bevat de volgende punten:

  1. Uitlaat verdamper / inlaat compressor (lage druk gas, verzadigd)
  2. Uitlaat compressor / inlaat condensor (hoge druk gas, oververhit)
  3. Uitlaat condensor / inlaat vloeistof onderkoeler (hoge druk vloeistof)
  4. Uitlaat onderkoeler / inlaat expansie-orgaan (hoge druk vloeistof, onderkoeld)
  5. Uitlaat expansie / inlaat afscheider (lage druk gas/vloeistof mengsel)
  6. Inlaat verdamper (lage druk vloeistof)

Ammoniak warmtepomp met vloeistofonderkoeler
Bij 30 °C onderkoeling van de ammoniak vloeistof tot 50 °C stijgt de COPH van 4,6 tot 5,2, omdat de nuttige warmte (enthalpieverschil 2-4) toeneemt, terwijl de compressorenergie (enthalpieverschil 1-2) gelijk blijft. De hoeveelheid flashgas neemt door 30 °C vloeistofonderkoeling af van 20% tot 7%.

De warmte uit de onderkoeler heeft een lager temperatuurniveau dan de warmte die in de condensor vrij komt. Een onderkoeler kan daarom niet bij elke toepassing worden ingezet. Daar waar processen worden gevoed met koud water of koude buitenlucht, kan een interkoeler worden benut om de water- of luchtstroom voor te verwarmen.

Lees meer