Hoe kan de Tarnoc turbineketel een COP van 2 halen?

[HansH]

enige manier om daar uitsluitsel over te krijgen is door voor de hele lus het carnot diagram door te rekenen.'dat bij een compressor ongeveer 90% in warmte gaat zitten en 10% in samengeperste lucht.' is al vaag, immers je kunt lucht adiabatisch samen persen dus zonder warmteuitwisseling met de omgeving en je kunt de lucht samenpersen weaarbij je de temoperatuur gelijk houdt aan de omgevingstemperatuur. dus welke van de 2 heb je het dan over? dus je moet gedetailleerder kijken het het te kunnen snappen, dus elke tussenstap.

[HansH]

maar nu is er nog een ander principe van een camping koelkastje op gas. die werken met een gasvlammetje wat met een gesloten circuit met ammoniak in staat is om warmte te verpompen van koelkastje naar buiten. dus als je de warmte van het vlammetje plus de verpompte warmte van de ammoniakcycles nu eens gebruikt om je huis mee te verwarmen (natuurlijk dan met een grotere variant van dat camping koelkastje) dan kun je uit 100% aargas energie meer dan 100% warmte maken. zou dan dan niet nog beter zijn dan zo'n turbineketel? met nog een voordeel dat er geen draaiende delen zijn die slijten, dus zeer lange levensduur.

zoiets als dit denk ik:
https://industrialheatpumps.nl/nederlan ... armtepomp/

[InHogereSferen]

enige manier om daar uitsluitsel over te krijgen is door voor de hele lus het carnot diagram door te rekenen.'dat bij een compressor ongeveer 90% in warmte gaat zitten en 10% in samengeperste lucht.' is al vaag, immers je kunt lucht adiabatisch samen persen dus zonder warmteuitwisseling met de omgeving en je kunt de lucht samenpersen weaarbij je de temoperatuur gelijk houdt aan de omgevingstemperatuur. dus welke van de 2 heb je het dan over?

Van de elektrische energie...
10% van de elektriciteit die je erin stopt gaat in de samengeperste lucht zitten. Daarom heeft een compressor ook zo'n slecht remdement voor het aandrijven van luchtgereedschap. 10% van de elektrische energie kun je in dit voorbeeld maar gebruiken voor kinetische energie, bij de Tarnoc dus via de turbine het aandrijven van de compressor.
De overige 90% gaat bij een normale compressor verloren als warmte.
Maar bij de Tarnoc gaat deze energie niet verloren want je gebruikt de warmte.
Dus je stopt er 10kW elektrische energie in, min de 1kW die terug wordt gewonnen via de turbine, is 9kW aan elektrische energie. Deze 9kW is warmte.
Ik snap eigenlijk niet precies wat daar vaag aan is.
Mijn vraag die ik al 2x eerder gesteld heb is dus of er tijdens het comprimeren méér dan 9kW aan warmtevermogen uit de gecomprimeerde lucht gehaald kan worden wanneer je er 9kW aan elektrische energie in stopt om de lucht samen te persen?

[HansH]

Mijn vraag die ik al 2x eerder gesteld heb is dus of er tijdens het comprimeren méér dan 9kW aan warmtevermogen uit de gecomprimeerde lucht gehaald kan worden wanneer je er 9kW aan elektrische energie in stopt om de lucht samen te persen?

die vraag had ik al beantwoord volgens mij:

'nu laat je het gas expanderen in de turbine en levert het gas dus energie aan de turbine en koelt daardoor af (weer via de warmtecapaciteit van lucht) die afgekoelde lucht kan nu energie opnemen vanuit de warmere buitenlucht.'

'Maar door de koude lucht na expanderen in de compressor in staat te stellen warmte op te nemen van de buitenlucht voer je dus extra warmte toe en gevolg is dat de lucht na comprimeren heter is dan zonder warmte opgenomen van de buitenlucht. dat is dus de extra warmte die de COP groter maakt dan 1.'

in die 2 regels zit hem dus de truuk.

[InHogereSferen]

Maar het expanderen en het in beweging zetten van de turbine zit hem toch in de lucht die eerst samengeperst was, hier is toch ook elektrische energie voor nodig geweest? Dus 10% van de elektrische energie ongeveer bij een normale compressor.

[HansH]

Maar het expanderen en het in beweging zetten van de turbine zit hem toch in de lucht die eerst samengeperst was, hier is toch ook elektrische energie voor nodig geweest? Dus 10% van de elektrische energie ongeveer bij een normale compressor.

klopt. maar hoe dan ook: er wordt energie aan het systeem toegevoegd via het opwarmen dan de ge-expandeerde lucht van de turbine. die energie krijg je er dus bij tov de situatie dat je de ge-expandeerde lucht niet zou opwarmen. en in die 2 situatie zou alle elektrische energie omgezet worden in warmte naar je huis. Dus wat is er dan wat het voor jou onlogisch maakt dat de extra opgenomen warmte daaraan toegevoegd wordt?

[InHogereSferen]

Omdat naar mijn idee de energie die toegevoegd wordt vanuit de buitenlucht de energie is die uit het stopcontact komt.

Als we de turbine even weglaten:
1. Er wordt buitenlucht samengeperst door een compressor, het aandrijven van de compressor kost 1kW aan elektrische energie.
2. De lucht wordt heet door het comprimeren, maar niet met een warmtevermogen van meer dan 1kW (toch?)
3. Vervolgens expandeert de lucht, hiervoor is energie nodig en deze wordt als warmte uit diezelfde lucht gehaald. (Joule Thomson effect, als ik mij niet vergis)
4. De afgekoelde lucht kan nu maximaal 1kW aan warmtevermogen opnemen voordat het weer dezelfde temperatuur heeft als de buitenlucht welke naar binnen gezogen wordt.

Hoe ik het voor me zie wordt er dus warmte rondgepompt met max COP1, de enige manier hoe ik op dit moment een COP hoger dan 1 kloppend kan krijgen in mijn hoofd is dus dat het warmtevermogen welke ontstaat tijdens het comprimeren een stuk hoger is dan het elektrisch vermogen waarmee de compressor aangedreven wordt. En dat lijkt me niet het geval?

[Xilvo]

Stel, ik heb lucht van 0° C die ik, bij constante druk van p=1E5 Pa, in een warmtewisselaar opwarm tot 30° C. Bij die temperatuur is het volume dan 1 m³.
Die lucht druk ik vervolgens adiabatisch samen tot de temperatuur 80° C is.
Dat kost me 57727 J. De druk is dan 1,706E5 Pa, het volume is 0,6827 m³.
Die laat ik, bij constant volume, afkoelen tot 30° C waarmee ik de ruimte verwarm. Daarbij stroomt 41233 J aan warmte naar de de kamer.
Die lucht koel ik in de warmtewisselaar af tot 0° C, waarmee ik de instromende lucht van 0° tot 30° C opwarm. Gelijke molstromen, gelijke soortelijke warmte, gelijk temperatuurverschil dat dat komt mooi uit.
Bij 0° C is de druk nog steeds 1,32E5 Pa.
Die lucht laat ik adiabatisch expanderen tot de druk weer 1E5 Pa is. De temperatuur is dan gedaald tot iets onder -20° C en ik win aan mechanische energie 24047 J. Die kan ik ook in warmte omzetten.
Het kostte me 57727 J, ik win 65280. Ik krijg er 7553 J meer uit dan ik er in stopte.

Bij lange na niet een COP van 2, ik heb het verder niet geprobeerd te optimaliseren. Maar een idee hoe het kan werken.

[InHogereSferen]

Dit volg ik niet helemaal? In jouw voorbeeld is het zo te zien 30°C in huis. Dan begin je met het opwarmen van de buitenlucht met de binnenlucht? Dus deze koel je juist af terwijl je deze wil verwarmen?
Ook is mij niet duidelijk hoe het aantal joule berekend is?

[HansH]

misschien god om er een schematisch tekeningnetje bij te doen welke stapwaar in het systeem zit. zo is het voorbeeld inderdaad lastig te volgen.

[Xilvo]

Dit volg ik niet helemaal? In jouw voorbeeld is het zo te zien 30°C in huis. Dan begin je met het opwarmen van de buitenlucht met de binnenlucht? Dus deze koel je juist af terwijl je deze wil verwarmen?
Ook is mij niet duidelijk hoe het aantal joule berekend is?

Nee, het is koeler dan 30° C in huis. Je verwarmt het huis door de lucht die na compressie 80° C is, af te koelen tot 30° C.
Ik begin met buitenlucht van 0° C op te warmen tot 30° C door die in een warmtewisselaar in contact te brengen met "gebruikte" lucht die net tot 30° C was afgekoeld. Die lucht koelt dan weer af tot 0° C, maar die heeft nog steeds overdruk. Die energie win ik ook terug.

Aantal joule is berekend door bij compressie en expansie een adiabatisch proces te integreren. De warmte die vrijkomt bij afkoelen van 80 tot 30° C is simpelweg soortelijke warmte maal aantal mol maal temperatuurverschil.

[InHogereSferen]

Oke dus jij zegt:
1. Je warmt lucht van 0°C op tot 80°C.
2. Je koelt het af met de binnenlucht tot 30°C.
3. Nu warm je de inkomende lucht op van 0°C tot 30°C. Hierdoor koelt de lucht voor de expansie af tot bijna 0°C.

M.a.w. je hebt de volledige warmte benut (80 kelvin).
Maar die 80K heb je er toch elektrisch ingestopt?
Sorry, maar het gaat er gewoon niet in bij me

[InHogereSferen]

Bij een 'normale' warmtepomp is de energie die opgenomen wordt tijdens het verdampen en afgegeven wordt tijdens het condenseren gemiddeld 4x zo hoog dan de elektrische energie die nodig is om de compressor te laten werken.

Is dit bij een luchtwarmtepomp dan ook het geval? Dus wordt er tijdens het comprimeren meer warmte overgedragen dan dat er elektrisch ingestopt wordt om de compressor te laten werken?

[HansH]

Oke dus jij zegt:
1. Je warmt lucht van 0°C op tot 80°C.
2. Je koelt het af met de binnenlucht tot 30°C.
3. Nu warm je de inkomende lucht op van 0°C tot 30°C. Hierdoor koelt de lucht voor de expansie af tot bijna 0°C.

M.a.w. je hebt de volledige warmte benut (80 kelvin).
Maar die 80K heb je er toch elektrisch ingestopt?

het essentiele punt is dat je in het druk-volume (PV) diagram op de heenweg een andere weg neemt dan op de terugweg. daardoor kun je op de terugweg meer energie terugkrijgen dan je er op de heenweg hebt ingestopt.

[HansH]

Bij een 'normale' warmtepomp is de energie die opgenomen wordt tijdens het verdampen en afgegeven wordt tijdens het condenseren gemiddeld 4x zo hoog dan de elektrische energie die nodig is om de compressor te laten werken.
COP
Is dit bij een luchtwarmtepomp dan ook het geval? Dus wordt er tijdens het comprimeren meer warmte overgedragen dan dat er elektrisch ingestopt wordt om de compressor te laten werken?

Zoals eerder opgemerkt is de COP in dit geval maximaal ca 2. waarom ze dan geen vloeibaar koelmiddel gebruiken met COP=4 is me dan nog niet duidelijk. (afgezien van milieu redenen)