Koelcyclus en warmtepomp in het log p–h-diagram

Principeschema [genummerd als in het log p–h-diagram]

—

Verwarmingsvermogen Q_c
[kW]

—

Koelvermogen Q₀
[kW]

—

COP verwarmen
[Q_c / P_el]

—

EER koelen
[Q₀ / P_el]

—

Elektrisch vermogen P_el
[kW]

Log p–h-diagram

Cyclus

Zonder drukverlies

Verzadigingscurve

Isothermen [°C]

Isentropen [kJ/(kg·K)]

Dampgehalte x

Toestandspunten [IIR-referentie: h = 200 kJ/kg en s = 1 kJ/(kg·K) voor verzadigde vloeistof bij 0 °C]

Punt	Omschrijving	T [°C]	p [bar]	h [kJ/kg]	s [kJ/(kg·K)]	Toestand

Kentallen van de cyclus

Koudemiddel

Keuze

Temperaturen

Ingave via

Het andere paar wordt berekend met de temperatuurverschillen hieronder.

Verdamper T₀

°C

Condensor T_c

°C

ΔT verdamper

ΔT condensor

Bron (lucht, water)

°C

Afgifte (water)

°C

Benodigd temperatuurverschil tussen koudemiddel en het medium: lucht ca. 8–12 K, water ca. 3–6 K. Een groter ΔT geeft een lagere T₀ en een hogere T_c, en dus een lagere COP.

Drukverliezen

Drukverliezen in rekening brengen

Standaard rekent de tool met een ideale verdamper en condensor (isobaren). Vink aan voor een realistischer toestel.

Cyclus

Oververhitting5 K

Temperatuurstijging van de damp na de verdamper. Standaard: 5 K. Beschermt de compressor tegen vloeistofslag.

Onderkoeling3 K

Temperatuurdaling van de vloeistof na de condensor. Standaard: 3 K.

Compressor

Debiet koudemiddel ṁ

g/s

Isentropisch rendement70 %

Verhouding isentropisch tot reëel compressiewerk. Standaard: 70 %.

Elektrisch rendement motor90 %

Verhouding asvermogen tot opgenomen elektrisch vermogen. Standaard: 90 %.

Motorrendement = 100 % (COP = EER + 1)

Alle elektrische energie wordt compressiewerk: Q_c = Q₀ + P_el, dus COP = EER + 1. Anders blijft het motorverlies buiten het koudemiddel en is COP − EER = η_el.

Weergave

Inzoomen op de cyclus Isothermen Isentropen Lijnen van gelijk dampgehalte x Isentropische compressie 1 → 2s

Formules

Verdamper
Q_0 = ṁ · (h₁ − h₄)

Compressor
h₂ = h₁ + (h₂s − h₁) / η_is
P_as = ṁ · (h₂ − h₁)
P_el = P_as / η_el

Condensor
Q_c = ṁ · (h₂ − h₃)
Q_c = Q_0 + P_as

Expansie
h₄ = h₃ (isenthalp)

Prestatie
COP = Q_c / P_el
EER = Q_0 / P_el
COP − EER = η_el
COP_Carnot = T_afg / (T_afg − T_bron)

Indicatieve berekening voor een zuiver koudemiddel zonder temperatuurglide, met een adiabatische compressor. Standaard zijn verdamper en condensor ideaal (geen drukverliezen); optioneel kunnen drukverliezen worden meegerekend. Die zijn ingevoerde waarden (geen berekening uit geometrie of debiet), leidingen zijn niet meegenomen en het drukverloop is lineair met de enthalpie verondersteld. Het motorverlies blijft standaard buiten het koudemiddel; met het vinkje 'motorrendement = 100 %' geldt COP = EER + 1. De eigenschappen komen uit CoolProp-tabellen (R32, R290) die in dit bestand zijn ingebed en bilineair worden geïnterpoleerd; de afwijking is klein ten opzichte van de onzekerheid van de rendementen. De compressie 1→2 is in het diagram als rechte lijn getekend.