Industriële warmtepompen: duurzame krachtpatsers voor verwarming

Met industriële warmtepompen kun je processen, gebouwen of water verwarmen met een efficiëntieniveau van meer dan 100%. Dat kan omdat industriële warmtepompen gebruik maken van een (rest)warmtebron en die bestaande energie naar een hogere temperatuur omzetten. Op die manier ontpopt de warmtepomp zich tot een volwaardig alternatief voor conventionele verwarmingsmethodes. Warmtepompen bestaan in open en gesloten systemen en kunnen gebruik maken van diverse soorten warmtebronnen. Sowieso hebben ze één gemeenschappelijk kenmerk: ze nemen bij lage temperatuur warmte op en geven die op een hogere temperatuur weer af.

Open warmtepomp, zonder kringloop

Open systemen werken op basis van mechanische of thermische dampcompressie.

Mechanische compressie

Het principe van mechanische compressie is gebaseerd op het verschil in kooktemperatuur bij verschillende drukken. Bij lage druk verdampt een vloeistof bij een lagere temperatuur dan bij hoge druk. De vloeistof wordt in de installatie onder lage druk verdampt, waarna de damp via een compressor wordt afgezogen en samengeperst. Hierdoor stijgen de druk en temperatuur van de damp. Deze gecomprimeerde damp condenseert en geeft warmte af aan de resterende vloeistof, wat verdere verdamping mogelijk maakt.

Thermische dampcompressie

Thermische dampcompressie werkt met hete stoom die door een ejector wordt geleid. De ejector zuigt damp aan uit een verdamper. Vervolgens worden de hete stoom en de aangezogen damp in de ejector samengevoegd. Dit mengproces verhoogt de druk en temperatuur van de damp. De gecomprimeerde damp wordt daarna teruggevoerd naar de

Werking gesloten warmtepomp

Het meest gangbaar zijn gesloten warmtepompen met dampcompressie. Bij mechanische dampcompressie wordt een gasvormig koudemiddel gecomprimeerd en vervolgens afgekoeld tot het tot een vloeistof condenseert. Nadien expandeert en verdampt de vloeistof. Een elektromotor zorgt voor de aandrijving.

Je kunt ook kiezen voor methoden zoals absorptie en adsorptie. Bij thermische absorptie neemt een koelmiddel een absorberende vloeistof, zoals lithiumbromide, op. Na de verhitting van het resulterende mengsel komt het koelmiddel vrij en condenseert het. Daarbij komt warmte vrij, die je vervolgens nuttig kunt gebruiken. Thermische adsorptie werkt op een vergelijkbare manier, maar maakt gebruik van vaste stoffen, zoals silicagel of zeoliet, die het koelmiddel aan hun oppervlak binden. Door het systeem te verwarmen, desorbeert het koelmiddel van het adsorptiemateriaal, condenseert het en geeft het warmte af. Beide processen maken gebruik van warmte als energiebron in plaats van elektriciteit. Daardoor door zijn ze geschikt voor toepassingen waar restwarmte beschikbaar is.

Geothermische warmtepomp

Een geothermische warmtepomp slaat ’s winters koude en ’s zomers warmte op in de bodem. Dat kan na grondboringen, waarbij leidingen met een waterglycolmengsel in de grond worden aangelegd. Tijdens de zomer haalt de warmtepomp koude uit de ondergrond om het gebouw te koelen, in de winter benut ze de opgeslagen (van het gebouw afgevoerde) warmte om het gebouw weer op te warmen. Deze warmte-koudeopslag (WKO) is beschikbaar in een open en een gesloten systeem.

Warmtebronnen voor industriële warmtepompen

Warmtepompen werken met lucht, bodem- of oppervlaktewater, of met restwarmte die vrijkomt uit een productieproces, afvalwaterstromen, dan wel een koel- of persluchtinstallatie. Het gebruik van restwarmte is in opkomst. Overigens kun je met één warmtepomp perfect verschillende warmtebronnen combineren, afhankelijk van de beschikbaarheid van de bron en de restwarmtetemperatuur.

Efficiëntie en componenten

In de verdamper verdampt het koelmiddel, waar het warmte opneemt uit restwarmte of omgevingslucht. De compressor perst dat gasvormig koelmiddel samen, waardoor de temperatuur en de druk stijgen. De condensor geeft de opgenomen warmte af aan een medium (water, lucht) door het koelgas te laten condenseren van gasvorm naar vloeistof. Vervolgens gaat de vloeistof via een expansieventiel weer naar de verdamper, waar de cyclus weer begint.

Compressorkeuze

Hou bij de selectie van de componenten rekening met het temperatuur- en het drukbereik van het koelgas. Om optimale prestaties en duurzaamheid te garanderen, is het essentieel dat de compressor compatibel is met het drukbereik van het koudemiddel. Kies dus die compressor die het hoogste rendement oplevert bij bepaalde hoge en lage drukken. Hoe kleiner het verschil tussen de verdamping en de condensatietemperatuur, hoe hoger het rendement van de warmtepomp.