Lucht/lucht warmtepomp

lucht naar lucht warmtepomp

De meest toegepaste lucht/lucht warmtepomp is en ziet er uit als een airco-installatie.

Deze ‘airco’  toestellen zijn tegenwoordig bijna allen omkeerbaar: de verdamper wordt condensor en omgekeerd. In de koelmodus wordt binnen energie onttrokken en buiten afgegeven in verwarmingsmodus wordt buiten energie onttrokken en binnen afgegeven.

Vooral in ‘warme landen’ worden deze toegepast, omdat daar immers meer behoefte is aan koeling en minder aan verwarming. Maar ook in ons land komen we deze tegen als verwarming. Bijvoorbeeld in hotel of motel kamers die alleen verwarmt of gekoeld hoeven worden als er gasten zijn. Omdat gasten meestal niet zo lang op hun kamer verblijven is ‘comfort’ dan minder van belang.

Verwarming door een ‘airco achtig toestel’  zoals op bovenstaand plaatje wordt over het algemeen als minder comfortabel ervaren. De luchtstroom zorgt al snel voor ‘trek en tocht’ ervaring.

lucht lucht warmtepomp systemen

split systemen lucht lucht warmtepomp

 

Gevel warmtepomp toekomst  kanshebber ?

gevel warmtepomp

We kennen misschien nog wel de ‘aardgas gevel kachel’ van vroeger ? Onder het raam hing een kachel met een waakvlam, de ‘schoorsteen’ ging met een pijp door de gevel en buiten onder het raam kwamen de verbrandingsgassen naar buiten.

Dat is allang verleden tijd …

In sommige landen wordt bovenstaande unit gebruikt als warmtepomp verwarmen / koelen.

Wij denken dat dit concept door ontwikkelt kan worden met namen met het oog op isolatie in de gevel. En dan natuurlijk een gescheiden systeem m.b.t. luchtstroom buiten condensor en binnen verdamper, en omgekeerd. (Niet zoals op het plaatje)   Ook zou het mogelijk moeten zijn om daarnaast de verse lucht in / ventilatie stroom te regelen in deze unit middels een kleppen sectie.

Vreemd ? Een kleine warmtepomp per vertrek met bescheiden compressor, buiten deel en binnen deel onder het raam…   wij zien wel kansen in de woning van de toekomst.

Het principe van de warmtepomp is natuurlijk ook bij een lucht/lucht eigenlijk weer gelijk, ook hier is een verdamper en condensor, beide in de vorm van lamellen waarbij lucht over de lamellen wordt geblazen (of gezogen) als bron en als afgifte medium.

 

Centraal lucht/lucht warmtepomp systeem

Naast het rechtstreeks in de woning plaatsen van de condensors (voor verwarming) kan de condensor ook centraal in een woning worden opgesteld.. en van die unit uit kunnen lucht-kanalen door heel de woning worden verspreid naar de ruimtes waar warme of koude lucht kan worden ingeblazen.

 

centraal lucht lucht warmtepomp systeem

 

Maar over het algemeen wordt ‘vloerverwarming’ in ons land gezien als beter comfort dan dit soort ‘lucht verwarming’.

Misschien is een combinatie van beide in een woning wel het meest handig? Woonkamer en keuken voorzien van vloerverwarming/koeling. Badkamer van vloerverwarming en de slaapkamers voorzien van 'lucht/lucht systemen'.
 
In slaapkamers wil je de vloerverwarming niet onder je bed / en bij studerende kinderen is het handig dat er toch
een systeem is dat sneller reageert met het brengen van warmte of koude. 


Er is veel mogelijk ...

 

De werking van een lucht/lucht warmtepomp ofwel airco installatie:

Het koelproces zoals in een airco plaatsvindt maakt gebruik van de toestandsveranderingen van een stof. Bij een toestandsveranderingen (bijv. van vloeistof overgaan naar damp) verandert de moleculaire structuur van de stof. Voor deze verandering is warmte nodig. Warmte wordt opgenomen wanneer vloeistof over gaat naar damp. In het andere geval in de overgang van damp naar vloeistof wordt warmte afgestaan. Wanneer we de warmte toe- en afvoer op de omgeving betrekken dan geld dat bij het verdamping proces de omgeving afkoelt. Tijdens condensatie komt er warmte vrij en zal de omgeving opwarmen. Op het proces van condenseren en verdampen is het principe van de airco gebaseerd. Omdat dit voortdurend wordt herhaald spreekt men van een kringloop proces. Een zeer eenvoudige principiële airco-installatie, zoals in de afbeelding hieronder wordt weergeven bestaat uit een verdamper, een condensor, een compressor en een vernauwing of expansieventiel.

airco kringloop warmtepomp

Het principe van een airconditioning. In de condensor condenseert het koudemiddel door warmte aan de buitenlucht af te staan. In de verdamper verdampt het koudemiddel door warmte aan de passerende lucht te onttrekken. Het geheel is een gesloten systeem.

 

Het koudemiddel komt via de vernauwing in vloeistofvorm de verdamper binnen en wordt omgezet in damp. De warmte die daarvoor nodig is wordt onttrokken aan de buitenlucht. De lucht koelt daardoor af. Wanneer we vervolgens de damp weer om willen zetten in vloeistof dan moet de opgenomen warmte weer worden afgevoerd. Hiertoe wordt de damp gecomprimeerd door een compressor waardoor de temperatuur en druk aanzienlijk stijgen. De warmte kan nu worden afgevoerd waardoor condensatie plaatsvindt. Dit gebeurt in de condensor. De door de condensor stromende buitenlucht wordt dan opgewarmd. Door de druk verlaging die optreedt wanneer de vloeistof na de condensor de vernauwing passeert wordt de kook temperatuur verlaagd en kan verdamping bij een lagere temperatuur plaatsvinden. Het betreft dan een continu proces van verdampen, warmte onttrekken aan de lucht gevolgd door warmte toevoeren aan de lucht en weer condenseren. Om een verandering in de aggregatietoestand te krijgen moet de kook- resp. condensatie temperatuur worden bereikt. De kook temperatuur hangt echter af van de soort stof en de druk. In een airco-installatie waarbij we lucht willen afkoelen tot zo'n 20°C is water met een kook temperatuur van 100°C niet geschikt. We dienen gebruik te maken van een vloeistof met een lagere kook temperatuur. Als koudemiddel wordt  bijvoorbeeld R134a gebruikt. De kook temperatuur van deze stof bedraag bij de buiten-luchtdruk van 1 bar -26°C.

 

Het kringloop proces van een airco-installatie volgens bovenstaand plaatje wordt voorgesteld in het diagram hieronder. De nummers 1 t/m 6 in beide tekeningen refereren aan elkaar. In dit vereenvoudigde diagram wordt een gas-, een vloeistof- en een gasvloeistof gebied onderscheiden. De top wordt gevormd door het kritische punt bij 101°C en 40 bar. Dit is de maximale temperatuur resp. druk waarbij het middel nog chemisch stabiel is. De warmte inhoud (h) in kJ/kg, enthalpie genoemd wordt uitgezet t.o.v. de druk (p). Men spreekt wel van een ph-diagram. Omdat de schaalverdeling logaritmisch is spreekt men van een lgph-diagram.

airco kringloop warmtepomp

We beginnen met de compressor die vanuit de verdamper het koudemiddel in dampvorm aanzuigt.  Van 1 naar 2 wordt het gas door de compressor gecomprimeerd waardoor de druk omhoog gaat en de warmte inhoud door de compressie toeneemt. Ook de temperatuur neemt toe maar deze grootheid wordt niet in dit diagram vermeld. Het gas raakt duidelijk oververhit. Door warmteafgifte in de condensor (traject 2-5) vermindert de warmte inhoud en zakt in eerste instantie de temperatuur waardoor het condensatiepunt wordt bereikt (traject 2-3). Vervolgens wordt door warmteafgifte bij gelijkblijvende temperatuur het gas omgezet in vloeistof (traject 3-4). Door verdere afkoeling wordt de vloeistof enigszins onderkoeld. De vloeistof daalt dan in temperatuur (traject 4-5). De onderkoelde vloeistof onder hoge druk bereikt nu de vernauwing. Deze vernauwing of restrictie ook wel capillair of expansieventiel genoemd scheidt het hoge druk gedeelte van het lage druk gedeelte. Vanuit de compressor bekeken kunnen we ook zeggen dat de persdruk daar wordt gescheiden van de zuig druk. Door de plotselinge druk verlaging in de vernauwing zal het kookpunt van het koudemiddel in vloeistofvorm lager worden en zal spontane verdamping optreden. De warmte die hiervoor nodig is zal eerst uit het koudemiddel zelf en zijn nabije omgeving worden onttrokken. Het koudemiddel daalt in temperatuur en de warmte inhoud vermindert nauwelijks (traject 5-6). Vervolgens zal de volledige verdamping in de verdamper plaatsvinden. De warmte inhoud van het koudemiddel neemt toe en de hiervoor benodigde warmte wordt uit de omgeving, in dit geval de passerende lucht, onttrokken. Druk en temperatuur blijven nagenoeg gelijk (traject 6-1). Als damp verlaat het koudemiddel de verdamper  aangezogen door de compressor. Hierna herhaalt het proces zich. In werkelijkheid dienen we rekening te houden met druk verliezen ten gevolge van stroming. Ook willen we dat de damp aan de ingang van de compressor enigszins oververhit raakt om te voorkomen dat de compressor vloeistof deeltjes aanzuigt. Bovendien is in de praktische uitvoering van het systeem een filter-element aangebracht waardoor extra druk verliezen ontstaan. De afbeelding hieronder geeft d.m.v. de ononderbroken lijn de werkelijke situatie weer.

airco kringloop warmtepomp

Een uitgebreidere versie van dit diagram staat bekend onder een Molliër diagram ook wel druk enthalpie diagram genoemd. In dit diagram zijn behalve de warmte inhoud per kg. K ook het volumetrische gewicht en de temperatuur vermeld. Vooral de temperaturen zijn handig omdat we nu met behulp van een eigen meting een ph-diagram kunnen maken. Onderstaande afbeelding geeft een voorbeeld. Beginnen we weer met de compressor bij A dan zien we dat in het traject A'-A het gas oververhit raakt. De temperatuur bedraagt dan ongeveer 0°C bij een druk van 2 bar. Ten gevolge van de compressie stijgt de temperatuur naar ongeveer 70°C en een druk van 15 bar. Van B naar B' raakt het gas zijn oververhitting kwijt en koelt af naar 55°C. We zien dat in het traject B'-C' de temperatuur gelijk blijft. Bij het punt C hebben te maken met onderkoelde vloeistof van ongeveer 50°C. Ten gevolge van de druk vermindering in het traject C-D daalt de kook temperatuur naar van +50°C naar -10°C om uiteindelijk in het traject A-A' als gas op te warmen tot 0°C. We zijn dan de kring weer rond geweest.

 

r134a molier diagram airco

 

Vorige pagina Ventilatielucht << | Volgende pagina: >> Warmtepompboiler

Verplichte melding: Onze website maakt gebruik van functionele cookies. Zie eventueel ook onze bijsluiter.