koelmachine

hallo

mijn naam is mark en ben 37 jaar.

op het werk hebben we een koelmachine.
voor mijn berekening de regel van black toegepast.
hieronder staan de gegevens.


Gegevens systeem
Dichtheid glycol = 1,26 kg/m? (x 10?)
Dichtheid water = 1 kg/m? (x 10?)
Soort warmte c glycol = 2,43 kJ(kg/K)
Soort warmte c water = 4,19 kJ(kg/K)

ΔT glycol = temp.uit ? temp in = 4?C.
40 % glycol in water.
0,4 x 1.26 = 0,5 + (0,6 x 1) =1,1(x 10?)
Dichtheid glycolwater = 1,1(x 10?) kg/m?

Soortelijke warmte glycolwater = 3,49 kJ(kg/K)
0,4 x 2,43 + 0,6 x 4,19 = 3,49 kJ(kg/K)

Volumestroom glycolwater = 7 m? /uur
= 1,94 l/s
Per sec. stroomt er 1,94 x 1,1 = 2,13 kg.
Q afgestaan (glycolwater) = mxcxΔT
= 2,13×3,49×4= 29,73 Joule [massa in kg, s.w in kJ/kg.K—> kJ –> dus 29.73 kJoule]
Q afgestaan (glycolwater)= Q opgenomen (freon)
29,73 = m x c x ΔT (freon)
De freon neemt dus 29,73 kJoule aan warmte op.
Deze warmte wordt in de compressor en in de condensor afgestaan .
Deze warmte wordt weer opgenomen door de lucht.
Per seconde moet er dus 29,73 joule warmte worden afgestaan.Per uur is dit 3600 x 29,73 = 107 kW/uur.

mijn vraag is of deze bereking klopt en hoe kan ik met deze gegevens berekenen hoeveel we besparen als het apparaat uit zou staan.

groetjes mark

De berekening klopt gedeeltelijk. Als de massa en s.w. in kg en kJ/kg.K is gegeven wordt de uitkomst ook kJ [zie verbetering in rood]. Q is dus 29,73 kJ en geen joule. Een koelmachine is een warmtepomp, en voor de berekening van de van het compressorvermogen en de warmtebalans gebruik je een log p/ H [druk/enthalpie]diagram, van de betreffende freon (of ander koelmedium).

Lees verder……………..

Als er per seconde 29,73 kJ aan warmte wordt onttrokken is dat gelijk aan 29,73 kWatt (immers Joule/sec = Watt).  Als je dit een uur doet heb je dus 29,73 kW/uur aan warmte verpompt uit het glycolwater. Dit heeft verder niks te maken met het compressorvermogen (elektrische verbruik), of de af te voeren warmte. In de onderstaande figuur staat het koelproces afgebeeld in het log P / H diagram

Hier staat aangegeven hoeveel warmte per kg rondgepompte freon in de diverse delen van een koelinstallatie wordt overgedragen. In het getekende voorbeeld wordt in de verdamper (150 – 20) 130 kJ per kg rondgepompte freon opgenomen. In jou geval zou je dus 29,73 / 130  = 0,23 kg freon / seconde nodig hebben. Voor de compressor heb je dan 170 – 150 = 20 * 0,23 = 4,5 kJ per seconde nodig aan energie ( J/s = Watt), en dit is dus gelijk aan 4,5 kW. In de condensor wordt dus de warmte van de verdamper + compressor overgedragen, dus 150 (170 – 20) kJ / kg freon. En in jou geval dus 150 x 0,23 = 34 kJ/s = 34 kW

In een volledig log p – h diagram staan uiteraard meer druk en temperatuurlijnen. Bovendien vind je ook lijnen van constant volume en entropie in dergelijke diagrammen, die voor alle koelmiddelen beschikbaar zijn.

Is de condensor vervuild (gestippelde proceslijn) dan zal de temperatuur oplopen. Bij een koelkast vind je de condensor, die zo genoemd wordt omdat daar de freon weer condenseerd (dus overgaat van gas naar vloeistof), aan de achterkant. Het gevolg is dat de druk oploopt en dat de compressor dus ook meer energie moet toevoeren. De koeling [Q verd] neemt echter af zoals te zien is.

In de figuur is [1 –> 2] de compressorarbeid, zoals te zien is wordt de freondamp oververhit tot ca 40 C, want bij 6,6 bar hoort 30 C. In de condensor [2 –> 3] wordt de freondamp afgekoeld tot het 100 % vloeistof is. In het expansieventiel [3 –> 4] (zeg maar een smoring of vernauwing) wordt de freonvloeistof in druk verlaagd, waardoor de temperatuur daalt naar -10 C. Door de lage druk wil de freon echter weer verdampen [4 –> 1] en onttrekt daarbij de warmte uit zijn omgeving.

Een koelmachine berust dus op het vloeibaar maken van een gas (koelmiddel) dat men vervolgens bij een lagere druk weer laat verdampen. Daarna volgt comprimeren en afkoelen, zodat de damp weer vloeistof wordt.

Een koelmachine kun je ook gebruiken om te verwarmen. In dat geval is gebruik je de warmte die in de condensor wordt overgedragen om b.v. je huis te verwarmen. De verdamper staat in dat geval buiten. Je haalt dan dus energie (warmte) uit de buitenlucht en pomp dit a.h.w. naar binnen. Het rendement is in dat geval groter dan 100 %, want alleen Q compr. hoef je maar te betalen, terwijl je de rest van de energie gratis krijgt. In het getekende voorbeeld kost het je dus 20 kW [Q compr.] om 150 kW [Q cond.] aan warmte te produceren. 

Op deze site staat een programma, wat diverse berekeningen maak voor verschillende koemiddelen: http://www.et.dtu.dk/CoolPack/ en koelinstallaties.

***arjen***