Propaan geeft soms betere prestaties

Naast de lage kostprijs, de beschikbaarheid en de milieuvoordelen wordt beweerd dat propaan ook gunstige thermodynamische eigenschappen heeft voor gebruik als koelmiddel in warmtepompen. Is dat correct en kan dat in cijfers worden uitgedrukt?

Eddy Janssen, voormalig docent en voorzitter van de vakgroep energie van de Universiteit Antwerpen, geeft een antwoord op deze stelling.

Algemeen is de COP beter naarmate de temperaturen van de warmtebron en van de toepassing dichter bij elkaar liggen, met vloerverwarming als voorkeur afgiftesysteem. Anderzijds moeten de warmtewisselingen in de warmtepomp gebeuren bij een zo constant mogelijke temperatuur, zo blijkt uit de theorie van de thermodynamica. Warmtewisseling zonder temperatuursverandering is enkel mogelijk bij faseverandering zoals verdamping en condensatie, en dat verklaart voor een deel de hoge COP bij compressiewarmtepompen.

Om het gezamenlijk effect van de vele stofeigenschappen op de prestaties te bestuderen, werd een simulatie uitgevoerd met de software EES, en dit voor de koelmiddelen R410a, R32 en propaan (R290). Voor al deze koelmiddelen werd uitgegaan van dezelfde omstandigheden: een onderkoeling van 5 °C, een oververhitting van 0,5 °C, een condensatietemperatuur van 40 °C (goed voor een watertemperatuur van 35 °C), een verdampingstemperatuur van 2 °C (realistisch bij een buitentemperatuur van 7 °C) en een gelijk isentropisch rendement voor de compressoren. Dit is het resultaat.

De simulatieresultaten

Door de veel lagere persdruk bij propaan worden de onderdelen minder

Eindcompressietemperatuur (°C)

Condensatietemperatuur: 40°C belast, wat resulteert in een langere levensduur. Na de compressie is de temperatuur veel hoger dan condensatietemperatuur, maar bij propaan is dat verschil tot 40 °C kleiner dan bij bijvoorbeeld R410a. De relatief lage eindcompressietemperatuur vertaalt zich niet alleen in minder slijtage maar ook in een hogere COP. Anderzijds moet opgemerkt worden dat de beperking van de propaaninhoud tot 150 gram soms leidt tot een verminderde COP, zo blijkt uit de specificaties van toestellen.

Over het hele temperatuurbereik is de COP ongeveer 0,1 hoger dan bij R32, wat een energiebesparing oplevert van 2 %. Tegenover R410a is de theoretische winst zelfs 4 %. In de praktijk worden deze winsten overtroffen omdat warmtepompfabrikanten hun innovaties vandaag toespitsen op propaan, met veel aandacht voor de SCOP omwille van de transparantie via het energie­label. Bij een aanvoertemperatuur van 35 °C worden er in ons klimaat SCOP­waardes behaald tot 6! Dat is o.a. te danken aan de verfijnde regeling en een grotere verdamperoppervlakte waardoor kan gewerkt worden met een lagere verdampingstemperatuur. Tegelijk is er hard gewerkt aan een stille werking.

De hogere kritische temperatuur van propaan houdt in dat de tweefasige toestand (condensatie) mogelijk is bij

Verdamptemperatuur (°C) een veel hogere temperatuur, zodat een watertemperatuur geleverd kan worden tot 75 °C. De COP is dan bedroevend laag, dus zonder de gebouwschil te isoleren is dit geen oplossing voor bestaande woningen met radiatoren. Voor de bereiding van sanitair warm water is de hogere temperatuur wel een troef, want een lage COP is altijd beter dan elektrische weerstanden met een COP=1.