Auteur: technische afdeling Mycond
Koelmiddel-ontvochtigers geven tijdens bedrijf een aanzienlijke hoeveelheid warmte af, die in de meeste installaties simpelweg in de ruimte of naar buiten wordt geblazen. Integratie van ontvochtigers met verwarmingssystemen of warmtepompen maakt het mogelijk deze restwarmte effectief te benutten en de energie-efficiëntie van het gehele systeem aanzienlijk te verhogen. Dit artikel behandelt de technische principes van dergelijke integratie, praktische aansluitschema’s, rekenmethoden en criteria voor een effectieve toepassing.
Thermische balans van een koelmiddel-ontvochtiger – bron van restwarmte
De thermodynamische cyclus van een koelmiddel-ontvochtiger omvat het koelen van lucht aan de verdamper tot onder het dauwpunt, het condenseren van vocht en het opwarmen van de lucht aan de condensor. Tijdens dit proces is de warmte die aan de condensor vrijkomt de som van drie componenten:
1. Latente warmte van condensatie van vocht — de energie die vrijkomt bij de faseovergang van waterdamp naar vloeibaar water op de verdamper. Wordt berekend als de ontvochtigingscapaciteit in kilogram per uur, vermenigvuldigd met de verdampingswarmte, die afhangt van de condensatietemperatuur (meestal 2300-2500 kJ/kg) en uit de stoomtabellen voor de specifieke temperatuur wordt gehaald.
2. Compressorarbeid — het elektrische vermogen dat door de compressor wordt verbruikt. Wordt genomen uit de technische gegevens van de ontvochtiger of uit de berekening van de koelcyclus.
3. Voelbare warmte van de lucht — extra opwarming van de lucht die door de ontvochtiger stroomt. Afhankelijk van ontwerp en bedrijfsmodus.
Op het h-d-diagram ziet de traject van de lucht door de ontvochtiger eruit als koeling aan de verdamper (afname van enthalpie en vochtgehalte), gevolgd door opwarming aan de condensor (toename van enthalpie bij constant vochtgehalte).
Voorbeeld: als de ontvochtiger 10 kg/uur vocht afvoert bij een condensatietemperatuur van 28°C, wordt de latente warmte berekend als 10 kg/uur × 2435 kJ/kg = 24350 kJ/uur of circa 6,8 kW. Bij een compressor met een elektrisch vermogen van 3 kW bedraagt de totale warmte aan de condensor 6,8 kW + 3 kW = 9,8 kW.
De temperatuurstijging van de uitblaaslucht wordt bepaald door de warmtbalans en het luchtdebiet van het specifieke systeem.
Theoretische basis van warmteterugwinning – potentieel van de condensor en temperatuurniveaus
De condensatietemperatuur van het koelmiddel verschilt van de temperatuur van het warmtedragende medium. Condenseren van het koelmiddel vindt plaats bij een temperatuur die afhangt van de temperatuur van het koelmedium (lucht of water) aan de condensor plus het temperatuurverschil van de warmtewisselaar. Bij een luchtgekoelde condensor in een ruimte van 25°C kan de condensatietemperatuur 35-45°C bedragen. Bij een watergekoelde condensor met watertemperatuur 30°C kan de condensatietemperatuur 40-50°C bedragen. Deze waarden zijn geen universele constanten, maar het resultaat van een berekening voor de specifieke omstandigheden.
De COP (Coefficient of Performance) van de ontvochtiger kent twee definities:
1. Thermische COP is de verhouding tussen de warmte aan de condensor en de compressorarbeid. Dit is de verhouding tussen warmtelevering en elektrisch verbruik.
2. Koel-COP is de verhouding tussen de warmte aan de verdamper en de compressorarbeid. Dit is de verhouding tussen koelvermogen en elektrisch verbruik.
Voor ontvochtigers wordt in catalogi vaak SMER (Specific Moisture Extraction Rate) vermeld in liter per kilowattuur of kilogram per kilowattuur, wat een andere indicator is dan COP.
In vergelijking met een warmtepomp onttrekt de ontvochtiger warmte aan binnenlucht (20-25°C), terwijl een warmtepomp warmte aan buitenlucht onttrekt, waarvan de temperatuur in de winter tussen -10°C en +10°C kan liggen. Dit zorgt voor stabielere bedrijfsomstandigheden van de verdamper van de ontvochtiger.
Bij correcte selectie van de warmtewisselaar en afstemming van temperatuurniveaus is het mogelijk het grootste deel van de condensorwarmte af te voeren naar een nuttige last. De exacte waarde hangt af van de systeemparameters.
Belangrijk om te begrijpen: verhoging van de condensatietemperatuur bij hogere koelwatertemperaturen verlaagt de efficiëntie van de koelcyclus.
Integratieschema’s – drie basisbenaderingen
Er zijn drie hoofdschema’s voor integratie van een ontvochtiger met verwarmingssystemen:
1. Afzonderlijke waterwarmtewisselaar (platen- of mantel-buis) aan de condensorzijde. Warme zijde – koelmiddel of lucht na de condensor, afhankelijk van het ontwerp van de ontvochtiger; koude zijde – water van het verwarmingssysteem of tapwatercircuit. Hydraulisch aangesloten op de retourleiding van de verwarming of het tapwatercircuit via een circulatiepomp, expansievat en inregelafsluiters. Voordelen: eenvoud, mogelijkheid tot retrofit van bestaande systemen. Nadelen: extra hydraulische weerstand, aparte circulatiepomp benodigd.
2. Cascadeschakeling met een warmtepomp. De ontvochtiger verwarmt water van 20°C naar 40°C, de warmtepomp verwarmt door van 40°C naar 60°C voor tapwater. Tussen beide wordt een buffervat geplaatst voor het dempen van bedrijfswisselingen. Voordelen: lagere belasting van de warmtepomp, hogere totale COP van het systeem omdat de warmtepomp met een voorverwarmde bron werkt. Nadelen: complexere automatisering, afstemming van de bedrijfsmodi van twee toestellen vereist.
3. Directe lage-temperatuurafnemers. De condensorwarmte gaat naar vloerverwarming (aanvoertemperatuur 30-40°C), voorverwarming van ventilatietoevoerlucht (20-30°C) of zwembadverwarming (26-30°C). Voordelen: temperatuurniveaus zijn goed afgestemd, maximale benutting zonder extra apparatuur. Nadelen: vereist de aanwezigheid van dergelijke lage-temperatuurafnemers op de locatie.
De keuze van het schema hangt af van de beschikbare afnemers, hun temperatuurniveau en bedrijfsregime gedurende het jaar.
Warmteafnemers en hun compatibiliteit met de ontvochtiger:
- Vloerverwarming (30-40°C): goede compatibiliteit, directe aansluiting mogelijk
- Tapwater (55-60°C): beperkte compatibiliteit, cascade of naverwarming vereist
- Radiatoren (50-70°C): beperkte compatibiliteit, werkt alleen in cascade met warmtepomp
- Zwembad (26-30°C): uitstekende compatibiliteit, ideale afnemer het hele jaar door
Berekening van de teruggewonnen warmte – één uitgewerkt voorbeeld
Beschouw een concreet rekenvoorbeeld voor een zwembad.
Invoergegevens:
- Ontvochtigingscapaciteit G = 20 kg/uur (uit berekening van vochtproductie van het zwembad)
- Ruimteluchttemperatuur = 28°C
- Relatieve vochtigheid van de ruimte = 60%
- Elektrisch vermogen van de ontvochtiger N = 6 kW (volgens technische gegevens)
Stap 1: Berekening van de latente warmte van condensatie van vocht.
Verdampingswarmte bij 28°C r ≈ 2435 kJ/kg (uit stoomtabellen).
Latente warmte Q(latent) = G × r = 20 kg/uur × 2435 kJ/kg = 48700 kJ/uur = 13,5 kW
Stap 2: Warmtebalans van de condensor.
Warmte aan de condensor Q(condensor) = Q(latent) + N(compressor) = 13,5 kW + 6 kW = 19,5 kW.
Dit is het totale warmtevermogen dat aan de condensor vrijkomt.
Stap 3: Teruggewonnen vermogen via de waterwarmtewisselaar.
We nemen een warmtewisselaarrendement van 80% (realistische waarde voor een platenwarmtewisselaar bij correcte dimensionering).
Q(teruggewonnen) = Q(condensor) × 0,80 = 19,5 kW × 0,80 = 15,6 kW
Stap 4: Opwarming van zwembadwater.
Waterdebiet door de warmtewisselaar m = 0,5 kg/s.
Warmtecapaciteit van water c = 4,19 kJ/(kg·K).
Temperatuurstijging ΔT = Q(teruggewonnen) / (c × m) = 15,6 kW / (4,19 kJ/(kg·K) × 0,5 kg/s) = 7,4 K.
Als de inlaattemperatuur 26°C is, wordt de uitlaat 33,4°C, wat geschikt is voor zwembadverwarming.
Stap 5: Invloed op het zwembadverwarmingssysteem.
Zonder terugwinning zou de volledige zwembadverwarming door een gasketel of elektrische verwarmer worden geleverd.
Met 15,6 kW teruggewonnen “gratis” warmte daalt de belasting op de hoofdverwarmer.
De jaarlijkse besparing hangt af van de bedrijfstijd van de ontvochtiger per jaar, energietarieven (gas of elektriciteit) en de beschikbaarheid van alternatieve warmtebronnen.
Seizoensgebonden gebruik – winter, tussenperiodes, zomer
Het integratiesysteem van ontvochtiger met verwarming kent verschillende bedrijfsmodi gedurende het jaar:
Winterbedrijf: de condensorwarmte wordt naar verwarming of zwembadverwarming geleid. De ontvochtiger werkt op basis van vochtigheid; de warmte wordt volledig benut zonder lozing in de ruimte. Als de afnemer lage-temperatuurverwarming is (vloerverwarming), kan het systeem autonoom werken zonder extra bron. Als een hogere temperatuur nodig is (tapwater 60°C), levert de ontvochtiger basisverwarming tot 45-50°C en zorgt een ketel of warmtepomp voor naverwarming.
Tussenperiode (lente–herfst): een deel van de warmte wordt benut zolang verwarming nodig is; een deel kan overtollig zijn wanneer de verwarming al uit staat maar ontvochtiging nog nodig is. Er is een omschakelsysteem nodig – een automatisch driewegventiel dat de warmte naar de verwarming, naar afblazing (als verwarming niet nodig is terwijl de ontvochtiger werkt) of naar een buffervat stuurt.
Zomerbedrijf: als er een afnemer is (zwembad, proceswarmte), gaat de warmte daar het hele jaar naartoe. Als er geen afnemer is, is een afblaassysteem nodig – dry cooler (droogkoeler), koeltoren of simpelweg het watercircuit uitschakelen. In dat laatste geval staat de ontvochtiger warmte af aan de ruimte, wat de koelbelasting verhoogt.
De specifieke automatiseringsschema’s omvatten een driewegventiel en een dry cooler met besturingslogica: ALS de buitentemperatuur hoger is dan 20°C OF de ruimtetemperatuur hoger is dan 26°C OF er geen warmtevraag is vanuit de thermostaat, DAN wordt de warmte naar de dry cooler of de ruimte gestuurd, ANDERS gaat de warmte naar het verwarmingscircuit.
Voor de realisatie zijn temperatuursensoren nodig op aanvoer en retour van elk circuit en ventielbesturing via een programmeerbare regelaar of DDC-systeem.
Invloed van integratie op de ontvochtigingsefficiëntie
Integratie van de ontvochtiger met het verwarmingssysteem beïnvloedt de efficiëntie. De fysica: verhoging van de koelwatertemperatuur aan de condensor verhoogt de condensatietemperatuur van het koelmiddel, wat leidt tot een hogere condensatiedruk, lagere massastroom van het koelmiddel door de compressor, lagere koelcapaciteit van de verdamper en dus lagere ontvochtigingscapaciteit.
Een kwantitatieve beoordeling van de capaciteitsdaling hangt af van het type compressor, koelmiddel en beginomstandigheden. Voor typische scrollcompressoren op R410A kan een stijging van de condensatietemperatuur met 10 K leiden tot een daling van de massastroom van de compressor met een waarde die afhangt van het compressordesign (concrete waarden komen uit de diagrammen van de compressorfabrikant voor het specifieke model), wat evenredig de ontvochtigingscapaciteit verlaagt.
Een compromis is het beperken van de maximale temperatuur van het warmtedragende medium aan de uitlaat. Als bijvoorbeeld 55°C water nodig is voor tapwater en de ontvochtiger slechts 45°C kan leveren zonder kritische capaciteitsdaling, is een cascadeschema zinvol: de ontvochtiger verwarmt van 20°C naar 45°C, de warmtepomp van 45°C naar 60°C.
Systemen met inverterregeling van de compressor kunnen de capaciteitsdaling deels compenseren door het toerental te verhogen, maar dit verhoogt het elektriciteitsverbruik. Een balans tussen capaciteit en energieverbruik is nodig.
Wanneer integratie technisch zinvol is – toepassingscriteria
Integratie van de ontvochtiger met het verwarmingssysteem is zinvol als ALLE volgende voorwaarden tegelijk gelden:
1. Er is stabiele vochtproductie – de ontvochtiger werkt niet sporadisch, maar ten minste 10-15 uur per dag gedurende 6 of meer maanden per jaar. Typische objecten: zwembaden, wasserijen, droogzones, groenteopslag, farmaceutische productie.
2. Er is een permanente lage-temperatuurwarmte-afnemer tot 50°C – vloerverwarming, zwembadverwarming, toevoerluchtverwarming, lage-temperatuurradiatoren, proceswarmte.
3. Er is een oplossing voor de zomer – een jaarrond afnemer (zwembad), een dumpsysteem (dry cooler, koeltoren) of afgestemde bedrijfsvoering (ontvochtiger draait ’s nachts zodat de warmte overdag de koeling niet hindert).
4. Acceptabele vermogensverhouding – het thermisch vermogen van de ontvochtiger bedraagt ten minste 20-30% van de basale warmtelast van het object. Anders verdient de complexiteit van integratie de kapitaalkosten niet terug.
Integratie heeft GEEN technisch nut als:
- De ontvochtiger sporadisch werkt (1-2 uur per dag alleen in de zomer)
- Er geen lage-temperatuurafnemers zijn (alleen hoogtemperatuurverwarming >70°C of tapwater zonder cascade-mogelijkheid)
- Economie: de kosten van integratie (warmtewisselaar, leidingen, automatisering, montage) hoger zijn dan de 8-10-jarige energiebesparing bij huidige tarieven
Grensregimes die speciale aandacht vereisen:
- Ruimtetemperatuur lager dan 15°C – ontvochtigingsefficiëntie daalt scherp, condensatie op de verdamper is bemoeilijkt door lage verdampingstemperatuur
- Condensatietemperatuur hoger dan 60°C – de meeste huishoudelijke en commerciële compressoren zijn niet ontworpen voor zulke hoge drukken
- Regio’s met een zeer kort stookseizoen (minder dan 3 maanden) – de terugverdientijd verslechtert door weinig gebruiksuren van de teruggewonnen warmte
Typische ontwerpfouten
Bij het ontwerpen van integratiesystemen van ontvochtigers met verwarming komen vaak de volgende fouten voor:
1. Het negeren van de warmtelozing van de ontvochtiger bij het berekenen van de koelbelasting. Gevolg: in de zomer kan de airconditioner het niet aan en ligt de ruimtetemperatuur boven de norm. Voorbeeld: in een zwembad heeft de ontvochtiger een thermisch vermogen van 25 kW, maar in het koelontwerp zijn alleen vochtproductie van personen en zoninstraling meegenomen; de warmtelozing van de ontvochtiger is niet meegenomen. Resultaat: tekort aan koelcapaciteit van 3-5 kW, oververhitting van de ruimte.
2. Geen mogelijkheid tot warmtedump in de zomer. Gevolg: in de zomer kan de ontvochtiger niet werken (storingsuitschakeling op hoge condensatiedruk) of wordt de ruimte oververhit. Oplossing: voorzie een dry cooler of een zomerafnemer (zwembad, proceswarmte) in de ontwerpfase.
3. Onjuiste keuze van de temperatuur van het warmtedragende medium zonder analyse van de invloed op de ontvochtiging. Fout: de opdrachtgever wil 60°C voor tapwater, de ontwerper sluit de ontvochtiger direct aan zonder cascade. Resultaat: de condensatietemperatuur stijgt tot kritisch (55-60°C), de ontvochtigingscapaciteit daalt en de vochtigheid wordt niet op het ontwerpniveau gehandhaafd. Oplossing: cascadeschema of beperking van de maximale temperatuur van het warmtedragende medium.
4. Geen buffervat in een systeem met variabele warmtevraag. Gevolg: de ontvochtiger wordt geregeld op vochtigheid (in- en uitschakelen via hygrostaat), de warmteafnemer op temperatuur (thermostaat). Er ontstaat mismatch in bedrijfsmodi, veelvuldige starts-stops van de compressor en slijtage van apparatuur. Oplossing: buffervat van 300-500 liter om kortstondige mismatches te dempen.
5. Grote afstanden tussen ontvochtiger en afnemer zonder warmteverliesberekening. Voorbeeld: ontvochtiger in de kelder, afnemer op het dak, afstand 50 meter, leidingen zonder adequate isolatie. Resultaat: warmteverliezen in leidingen kunnen een aanzienlijk deel van het nuttig vermogen bedragen. Oplossing: plaats de ontvochtiger dichter bij de afnemer of zorg voor hoogwaardige isolatie van 50-100 mm.
6. Overtrokken verwachtingen: ontvochtiger als volwaardige vervanging van warmtepomp of ketel. Fout: de opdrachtgever verwacht volledige dekkingsgraad van de verwarming door de ontvochtiger zonder warmtbalansberekening. Realiteit: de ontvochtiger levert zoveel warmte als de hoeveelheid vocht die hij onttrekt toelaat. Bij weinig of seizoensgebonden vochtproductie is de warmte onvoldoende. Oplossing: realistische berekening van het warmtepotentieel, rekening houdend met het jaarlijkse vochtproductieprofiel.
7. Het negeren van de noodzaak van onderhoud aan het watercircuit. Bij hard water zonder waterbehandeling veroorzaakt kalkaanslag op het warmtewisselaaroppervlak na 1-2 jaar bedrijf een daling van de warmteoverdrachtefficiëntie. Oplossing: waterbehandeling (ontharden of demineraliseren) of periodieke chemische reiniging van de warmtewisselaar.
Veelgestelde vragen (FAQ)
Vraag 1: Welke temperatuurlimieten gelden voor het warmtedragende medium bij warmteterugwinning uit de condensor van een ontvochtiger?
Antwoord: De minimumtemperatuur wordt begrensd door de noodzaak van voldoende temperatuurverschil voor warmteoverdracht (meestal 5-7 K), dus niet lager dan 15-20°C, wat in de praktijk geen beperking is voor verwarmingssystemen aangezien retourwater doorgaans hoger is.
De maximumtemperatuur hangt af van de toegestane condensatiedruk van de compressor. Voor de meeste ontvochtigers op R410A mag de uitlaattemperatuur van het warmtedragende medium niet hoger zijn dan 50-55°C. Industriële modellen met hogedrukcompressoren kunnen tot 60-65°C leveren. Overschrijding van deze waarden leidt tot storingsuitschakeling of uitval van de compressor.
Vraag 2: Kan een ontvochtiger een verwarmingssysteem volledig vervangen?
Antwoord: Voor objecten met stabiele vochtproductie (zwembaden, wasserijen, droogzones, groenteopslag) en lage-temperatuurafnemers (vloerverwarming 30-40°C, zwembadverwarming 28°C) is gebruik als primaire warmtebron in de tussenperiode (lente–herfst) en deels in de winter mogelijk, mits er een reservebron is voor piekvorst.
Voor gewone woningen, kantoren of winkels zonder significante permanente vochtproductie: nee, omdat de beschikbare hoeveelheid warmte beperkt is door de ontvochtigingscapaciteit. Bij lage vochtproductie is binnenlucht in de winter droog en werkt de ontvochtiger nauwelijks; juist dan is er geen warmte beschikbaar wanneer die het meest nodig is.
Vraag 3: Wat te doen met de warmte in de zomer als verwarming niet nodig is?
Antwoord: Er zijn drie opties:
1. Een jaarrond warmteafnemer – zwembad (heeft ook in de zomer verwarming nodig), proceswarmte.
2. Dry cooler (droogkoeler) of koeltoren om warmte aan de atmosfeer af te geven.
3. Uitschakelen van het watercircuit in de zomer – de warmte gaat de ruimte in zoals bij standaardbedrijf van de ontvochtiger, maar dit vereist een grotere koelcapaciteit van de airconditioning.
De keuze hangt af van de duur van de zomerperiode, de mogelijkheden voor warmteterugwinning naar andere afnemers en de verhouding tussen de kosten van een dry cooler en de jaarlijkse energiebesparing.
Vraag 4: Hoe het economisch effect van integratie beoordelen?
Antwoord: De berekening bestaat uit enkele stappen:
1. Bepaal de teruggewonnen warmte over het stookseizoen: gemiddelde ontvochtigingscapaciteit in kg/uur × aantal bedrijfsuren per seizoen × specifieke condensatiewarmte × benuttingscoëfficiënt via de warmtewisselaar = kWh per seizoen.
2. Bepaal de vervangen energie: hoeveel energie van de hoofdbron (gasketel, elektrische ketel, warmtepomp) wordt vervangen door de warmte van de ontvochtiger.
3. Bereken de jaarlijkse besparing: vervangen energie in kWh × verschil in specifieke energiekosten (€/kWh) tussen de hoofdbron en het extra elektriciteitsverbruik van de ontvochtiger (als de ontvochtiger toch al draaide, is er geen extra verbruik).
4. Bepaal de terugverdientijd: kapitaalkosten van het integratiesysteem / jaarlijkse besparing = terugverdientijd in jaren.
Concrete cijfers hangen af van de jaarlijkse bedrijfstijd van de ontvochtiger, lokale energietarieven en de kosten van apparatuur en installatie.
Conclusies
Integratie van een ontvochtiger met een verwarmingssysteem of warmtepomp via terugwinning van condensorwarmte is een effectieve technische oplossing voor objecten met stabiele vochtproductie en lage-temperatuurafnemers. Het is geen universele oplossing, maar een instrument voor specifieke omstandigheden.
Sleutelvoorwaarden voor succes:
- Correcte berekening van de warmtbalans
- Duidelijke energetische balans van de condensor
- Afstemming van temperatuurniveaus
- Maximale temperatuur van het warmtedragende medium afgestemd op de mogelijkheden van de compressor
- Oplossing voor de zomerperiode (dry cooler, jaarrond afnemer of afgestemde bedrijfsvoering)
- Realistische verwachtingen (begrip dat de hoeveelheid warmte beperkt is door de vochtproductie)
Aanbevelingen voor ontwerpende engineers:
- Analyseer altijd de mogelijkheid van warmteterugwinning in de ontwerpfase, ook als implementatie wordt uitgesteld
- Voorzie reserveruimte voor toekomstige apparatuur
- Eén uitgewerkte berekening met concrete invoergegevens is beter dan tien vuistregels zonder bronvermelding
- Voorzie de mogelijkheid van toekomstige modernisering
Criteria voor haalbaarheid van integratie: stabiele vochtproductie gedurende 6 of meer maanden + lage-temperatuurafnemer tot 50°C + oplossing voor de zomer. Als minstens één voorwaarde niet wordt vervuld, vereist integratie aanvullende techno-economische onderbouwing.
Warmteterugwinning uit een ontvochtiger is geen universele oplossing, maar een technisch hulpmiddel voor specifieke situaties. Succes hangt af van de kwaliteit van het ontwerp, een gedetailleerde warmtbalans en een realistische economische berekening voor het specifieke object met specifieke uitgangsgegevens.
