Industrial Heat Pumps

 

COP warmtepomp

De efficiëntie van een koelmachine of een warmtepomp wordt vaak uitgedrukt met een COP, ofwel Coefficient of Performance. Dit getal geeft de verhouding weer tussen het energieverbruik van de compressor (en eventueel randapparatuur) en de nuttige hoeveelheid koude in de verdamper (bij een koelmachine) of nuttige hoeveelheid warmte in de condensor (bij een warmtepomp). Hoe hoger de COP, hoe efficiënter de installatie.

De elektrische energie die benodigd is voor het aandrijven van de compressor wordt grotendeels omgezet in warmte die terecht komt in het koudemiddel. Dit betekent dat meer warmte in de condensor van de warmtepomp moet worden weggekoeld, dan in de verdamper wordt opgenomen.

Bij een warmtepomp betekent een COP van 4 dat 1 kW elektriciteit benodigd is om 4 kW warmte in de condensor af te staan. Hierbij zal 3,0 à 3,5 kW warmte in de verdamper worden opgenomen. De overige warmte wordt gegenereerd in de compressor. Echter, als bij een koelinstallatie over een COP van 4 wordt gesproken, dan wordt hiermee bedoeld dat 1 kW elektriciteit benodigd is om 4 kW warmte in de verdamper op te nemen. Om het verschil tussen de COP van een koelmachine en een warmtepomp aan te geven, wordt bij warmtepompen vaak over COPh gesproken. De "h" staat hierbij voor heating.

HP_COP1_NL

COP piston compressor NLDe efficiëntie van een warmtepomp, ofwel COPh is afhankelijk van een groot aantal factoren, maar wordt hoofdzakelijk beïnvloed door het temperatuurverschil tussen de restwarmtebron en de warmtevrager. Hoe dichter de verdampingstemperatuur en condensatietemperatuur bij elkaar liggen, hoe efficiënter de warmtepomp wordt. De figuur links geeft het effect van de verdampingstemperatuur en condensatietemperatuur op de COPh weer. De getallen zijn gebaseerd op de prestatie van een Grasso 65HP compressor met ammoniak als koudemiddel. In de figuur links is te zien dat de COPh van een warmtepomp stijgt naarmate de verdampingstemperatuur toeneemt. Tevens is te zien dat de COPh hoger is naarmate de condensatietemperatuur lager is. Simpelweg kan dus gesteld worden dat de COPh afneemt naarmate het temperatuurverschil tussen verdamper en condensor groter is. De figuur hieronder geeft een indicatie van de COP als functie van het temperatuurverschil voor een ammoniak warmtepomp.

COP piston compressor range NLNaast het temperatuurverschil heeft het toegepaste werkmiddel een groot effect op de efficiëntie van de installatie. Ammoniak is bijvoorbeeld een zeer efficiënt werkmiddel waarmee de COPh bij een verdampingstemperatuur van 30 °C en een condensatietemperatuur van 70 °C ongeveer 6 bedraagt. Bij bijvoorbeeld het koudemiddel R134a is de COPh onder deze zelfde condities ongeveer 4,5. Andere factoren die invloed hebben op de COP zijn de efficiëntie van de compressor, de kwaliteit van de regelingen en het energieverbruik van randapparatuur zoals pompen, ventilatoren, etc.

Carnot rendement

Het theoretisch maximale rendement van een warmtepomp kan worden beschreven met het Carnot-rendement. Dit rendement wordt als volgt beschreven:

Carnot efficiency formule

In de vergelijking is te zien dat het Carnot-rendement afhankelijk is van de condensatie- en verdampingstemperatuur. Bij een ideale compressiecyclus zonder verliezen kan het Carnot rendement worden behaald. In de praktijk zijn er echter vele factoren die dit rendement nadelig beinvloeden. De werkelijke COPh wordt daarom gegeven door het Carnot rendement vermenigvuldigd met een systeem rendement.

COPh

Het systeemrendement ligt meestal tussen 50% en 70%.

Lorentz rendement

Bij een transkritische warmtepomp is het Carnot-rendement niet van toepassing, omdat hierbij geen sprake is van een condensatietemperatuur, maar van een temperatuurtraject in de gaskoeler. Het theoretisch maximale rendement van een transkritische warmtepomp wordt beschreven met het Lorentz rendement.

Lorentz rendement formule

Tm staat voor de gemiddelde temperatuur in de gaskoeler en deze wordt berekend met behulp van de temperatuur aan de inlaat en aan de uitlaat van de gaskoeler:

Mean temperature

Ook bij een transkritische warmtepomp geldt dat het Lorentz rendement in de praktijk niet wordt behaald, doordat er allerlei verliezen optreden. Voor de werkelijke COP dient rekening gehouden te worden met een systeemrendement:

COP Lorentz

Lees meer