Industrial Heat Pumps

 

Transkritische CO2 warmtepomp

De kritische druk van CO2 bedraagt 71 bar (31 °C). Boven deze druk is CO2 transkritisch. Transkritisch houdt in dat er geen overgangsfase tussen vloeistoffase en gasfase is. Bij een transkritische warmtepomp vindt de warmteopname in de verdamper plaats in het gebied onder de kritische druk van 71 bar. De warmteafgifte in de gaskoeler gebeurt in het transkritische gebied boven een druk van 71 bar. Gevolg hiervan is dat de warmteafgifte via een temperatuurstraject verloopt en niet op een vaste condensatietemperatuur zoals bij conventionele compressiesystemen op bijvoorbeeld NH3. We spreken daarom ook van een koeler en niet van een condensor; het koudemiddel condenseert immers niet. Zie in onderstaand figuur het T-s diagram van een transkritische warmtepomp cyclus met het koudemiddel CO2. Hierbij wordt een afvalwaterstroom (oranje) in de verdamper gekoeld van 28 °C tot 23 °C en wordt proceswater (roze) in de gaskoeler verwarmd van 20 °C tot 70 °C. De rode lijnen zijn lijnen van constante druk.

T-s Diagram

De blauwe lijn in bovenstaand diagram geeft de warmtepompcyclus weer. De verschillende stappen in deze cyclus zijn als volgt:

1 - 2 Compressie tot transkritische druk
2 - 3 Gaskoeling in transkritisch gebied waarbij het proceswater wordt verwarmd
3 - 4 Expansie tot lage druk
4 - 5 Verdamping daar het afkoelen van de afvalwaterstroom
5 - 1 Oververhitting in verdamper

Het rendement van een transkritische warmtepomp
Het rendement van een warmtpomp wordt uitgedrukt met een COP. De COP van een warmtepomp wordt normaal gesproken berekend met behulp van de verdampingstemperatuur en condensatietemperatuur. Bij een transkritische warmtepomp is echter geen sprake van een condensatietemperatuur, maar is er een temperatuurtraject in een gaskoeler. Voor het berekenen van de COP moet daarom gebruik worden gemaakt van de gemiddelde temperatuur (Tm) in dit traject. Deze temperatuur wordt bepaald aan de hand van de temperatuur aan de inlaat (punt 2) en de uitlaat (punt 3) van de gaskoeler. Lees hier meer over op deze pagina.

Voordelen CO2 transkritische warmtepomp:

  • Bij een hoge temperatuurlift aan de gaskoeler zijde (minimaal 30-40 °C) en een voldoende lage aanvoertemperatuur van het te verwarmen water kan het rendement beter zijn dan bij conventionele warmtepompen.

Nadelen CO2 transkritische warmtepomp:

  • De intrede temperatuur van het heet water moet voldoende laag zijn voor een goede COP. Als het CO2 in de gaskoeler niet ver genoeg teruggekoeld wordt door een lage intrede temperatuur van heet water, wordt het vermogen van het kring proces minder terwijl het compressorvermogen nagenoeg gelijk blijft. In deze gevallen geeft een ammoniak warmtepomp een beter rendement.
  • De warmtepomp werkt met hoge drukken van 100 bar en hoger.

Lees meer