Industriële hoogtemperatuurwarmtepompen (HTHP’s) kunnen in principe gebruikmaken van water als koudemiddel, zo stelt een internationaal onderzoeksteam in een recente publicatie. Voordat brede uitrol in de markt mogelijk wordt, is nog wel de nodige doorontwikkeling in componenten nodig.
Water als koudemiddel (R718) biedt veel – en grote – voordelen: het is ruimschoots beschikbaar, heeft een GWP en ODP van nul, is niet giftig of brandbaar, en heeft een hoge verdampingswarmte. Daar staan echter nadelen tegenover: R718 geeft een lage dampdruk, compressoren moeten een grote volumestroom kunnen verwerken, een installatie die op dit koudemiddel draait moet worden voorzien van bijzondere afdichtingen, en er zijn uitdagingen rond materiaalcompatibiliteit en het risico op corrosie.
Modellen, onderzoeken en tests
In een artikel in ‘Applied Thermal Engineering’ onderzoeken wetenschappers uit de VS en Egypte of water een geschikt koudemiddel kan zijn voor toepassing in HTHP’s. Daarvoor hebben ze studies rond verschillende theoretische modellen, experimentele onderzoeken en tests met prototypen geanalyseerd, en verschillende configuraties in kaart gebracht (eentraps, meertraps, en cascade van R718 in combinatie met bijvoorbeeld een HFO of butaan). Voor het onderzoek is verder gekeken naar simulaties van warmtepompen die met R718 temperaturen van 130 tot 250 graden leveren; bij een temperatuurlift tot 180 K is daarbij een COP van maximaal 4,5 gerapporteerd.
Kapitaalkosten en terugverdientijd
De algemene conclusie in het rapport luidt dat water als koudemiddel in hoogtemperatuurwarmtepompen een concurrerende efficiëntie en terugverdientijd kan hebben ten opzichte van gangbare gassen. Er is nog wel doorontwikkeling in onder andere compressortechnologie en cyclusconfiguratie voor nodig, maar vorderingen rond bijvoorbeeld dubbelschroef-, centrifugaal- en turbocompressoren en de toepassing van waterinjectie noemen de onderzoekers ‘bemoedigend’. Dat laatste geldt ook met betrekking tot economische evaluaties. Daaruit blijkt dat R718-waterpompen aantrekkelijke kapitaalkosten en terugverdientijden kunnen bieden, aldus het rapport.
• Het rapport is als ‘Open Access’ (dus gratis) te downloaden via ScienceDirect.
• Water als koudemiddel is ook een onderwerp in de onlangs gepubliceerde – en eveneens gratis te downloaden – 61e Technical Brief on Refigeration Technologies van het IIR: “High-Temperature Heat Pumps for Industrial Decarbonisation”.
Leestip: Duitse flessenfabriek verduurzaamt met 1,8 MW aan warmtepompen
