< terug naar de blog

Pompsnelheid en debiettemperatuur

Meer efficiëntie bij de buffertank met minder inspanning

Sommige regeneratieve warmtegeneratoren, zoals hout- of pelletketels of WKK-eenheden, mogen alleen met een vaste retourtemperatuur werken. Hiervoor wordt een retourstroomverhoging (RLA) gebruikt, die delen van de stroom van de warmteopwekker in de retourstroom voert. Heel vaak wordt de pompsnelheid onnodig hoog gekozen, waardoor de efficiëntie van het laden van de bufferopslag vermindert.

Stromingstemperatuur bepalend

De hoeveelheid warmte die uiteindelijk door de bufferopslagtank kan worden opgenomen, hangt niet in de laatste plaats af van de aanvoertemperatuur: als bijvoorbeeld een bufferopslagtank van 1 m³ wordt verwarmd van 30°C tot 75°C, kan deze tot 52,5 kWh opnemen; bij een aanvoertemperatuur van 90°C zou dit 70 kWh zijn - een geweldige plus van 33%! Een ketel met 35 kW zou dus een maximale looptijd hebben van 2 uur bij een aanvoertemperatuur van 90°C, maar slechts 1,5 uur bij 75°C.

Warmtehoeveelheid = 7/6 × buffervolume × delta-T
Hoeveelheid warmte = 7/6 × 1 m³ × (75-30)K = 52,5 kWh
Hoeveelheid warmte = 7/6 × 1 m³ × (90-30)K = 70,0 kWh

Volumestroom doorslaggevend

Hoe kan de aanvoertemperatuur van een warmteopwekker met RLA worden verhoogd? Heel eenvoudig door de volumestroom te verminderen! Als een warmteopwekker met een vermogen van 35 kW een debiet van 1 m³/h heeft, is de aanvoertemperatuur 30 K hoger dan de retourtemperatuur; bij 2 m³/h is dat slechts 15 K. Indien de opgegeven retourtemperatuur 60°C bedraagt, resulteert een debiet van 2 m³/h in een aanvoertemperatuur van 75°C, en 1 m³/h in een aanvoertemperatuur van 90°C. Bovendien bespaart een halvering van de volumestroom 7/8 of 87,5% van het elektrisch gebruikte pompvermogen.

Delta-T = 6/7 × vermogen : debiet
Delta-T = 6/7 × 35 kW : 1 m³/h = 30 K
Delta-T = 6/7 × 35 kW : 2 m³/h = 15 K

Uiteindelijk is het de gelaagdheid die telt.

Maar dat is nog niet alles: opdat de buffer de volledige hoeveelheid warmte zou kunnen opnemen, mag het koude water van 30°C dat erin zit niet gemengd worden met het warme water van de warmtebron. Dit komt doordat er pas kan worden geladen als de buffer op de bodem 60°C heeft bereikt. Daarna kan de retourtemperatuur niet meer op 60°C worden geregeld; de warmteopwekker moet worden uitgeschakeld. Verantwoordelijk voor de vermenging van warm en koud water in het buffervat is de volumestroom door het buffervat: hoe groter deze is, hoe groter de turbulentie en de vermenging van warm en koud water. Het is daarom de moeite waard om de volumestromen te bekijken.

Figuur 1a

Figuur 1a toont een minder dan halfvol buffervat, dat wordt belast door een ketel met 35 kW warmte. Uit de onderste bufferaansluiting komt water met een temperatuur van 30°C. De retourlift (RLA), die de retourtemperatuur van de ketel op 60°C houdt, wordt door de pomp doorstroomd met een volumestroom van 1 m³/h. De delta-T is dus 30. De delta-T is dus 30 K en de stromingstemperatuur 90°C. De RLA mengt daarom water van 30°C en 90°C in gelijke delen van elk 0,5 m³/h in de retour. Bijgevolg bedraagt het waterdebiet door de buffertank eveneens 0,5 m³/h.

Figuur 1b

In fig. 1b daarentegen is de pomp van de RLA ingesteld op een dubbele volumestroom van 2 m³/h. De delta-T aan de warmteopwekker is dus 15 K en de aanvoertemperatuur is 75°C. De delta-T bij de warmtebron is dus 15 K en de aanvoertemperatuur is 75°C. Nu moeten twee delen 75°C (1,33 m³/h) worden gemengd met één deel 30°C (0,67 m³/h) om de gewenste 60°C in de retour te krijgen. De waterstroom door het buffervat is nu dus 0,67 m³/h, ook een plus van 33%. Alleen dit pluspunt is een groot minpunt voor stratificatie! Want 33% meer waterdoorvoer betekent ook 33% meer stroomsnelheid, wat resulteert in 78% meer kinetische energie, want: Als je 33% sneller gaat, heb je een 78% langere remweg.

Figuur 2a

Figuur 2a toont de buffertank voor meer dan de helft gevuld. De retourstroomverhoging (RLA) houdt de retourtemperatuur van de ketel op 60°C; deze wordt door de pomp doorstroomd met een volumestroom van 1 m³/h. De delta-T is dus nog steeds 30 K en de aanvoertemperatuur 90°C. De delta-T is dus nog steeds 30 K en de stromingstemperatuur 90°C. De 35 kW ketel neemt nu het water van de onderste bufferaansluiting met een temperatuur van 45°C. De RLA mengt nu dus twee waterstromen. De RLA mengt nu dus twee delen water van 45°C (0,67 m³/h) met één deel water van 90°C (0,33 m³/h) in de retour. Bijgevolg bedraagt het waterdebiet van het buffervat nu 0,67 m³/h.

Figuur 2b

In fig. 2b is de pomp van de RLA opnieuw ingesteld op een dubbele volumestroom van 2 m³/h. De delta-T is dus 15 K en de stromingstemperatuur is 75°C. De delta-T is dus 15 K en de stromingstemperatuur 75°C. Nu moet 75°C worden gemengd met 45°C in gelijke delen (elk 1,0 m³/h) om de gewenste 60°C in de retour te verkrijgen. Het waterdebiet door het buffervat bedraagt nu dus 1,0 m³/h, wat overeenkomt met een plus van 50%. Als u echter 50% sneller rijdt, hebt u een remweg die 125% langer is.

Alles in één oogopslag

De samenvatting is absoluut duidelijk:

Alles spreekt voor een zo klein mogelijke volumestroom door de warmtebron. Dit roept de vraag op: Hoe klein kan de volumestroom eigenlijk zijn? Niet zo klein dat de maximaal toelaatbare aanvoertemperatuur van de warmtebron wordt overschreden! Het moet dus zo klein mogelijk zijn, maar zo groot als nodig. De beste manier om dit uit te proberen is de warmteopwekker op maximaal vermogen te brengen en vervolgens de pompsnelheid zo af te stellen dat de hoogst mogelijke aanvoertemperatuur wordt bereikt, wat een probleemloze werking garandeert.