De Wet van Behoud van Energie lijkt geen goede indicatie voor de prestatie van energiesystemen in de gebouwde omgeving. Want die halen slechts een fractie van het theoretisch haalbare rendement. Door te concentreren op exergieverliezen is veel nauwkeuriger te zien waar het beter kan, stelt Sabine Jansen in haar onderzoek.
Haar promotieonderzoek spitst zich toe op innovaties van de laatste decennia, zoals warmtepompen, restwarmtegebruik en warmtekrachtkoppeling. Daarmee is forse energiewinst te halen. “En toch is het rendement van dergelijke systemen veel lager dan we willen en dan zou kunnen. Door de exergieverliezen in kaart te brengen kunnen we de benodigde input van hoogwaardige energie terugbrengen”, zegt Jansen. Het gebruik van 'laagwaardige' energie – bijvoorbeeld omgevingstemperatuur – kun je er juist mee verhogen. Op die manier is het maximale rendement van systemen die een warmtepomp gebruiken misschien wel te verdubbelen, denkt ze.
Exergie is een concept dat ‘het potentieel om arbeid te produceren’ voor verschillende energievormen kwantificeert. Gebruik van exergieberekeningen heeft ten opzichte van de gebruikelijke energieanalyse het voordeel dat de ideale omzetting van de ene in de ander vorm van energie ermee is te kwantificeren. Daardoor kan de werkelijke omzetting met het ideaal worden vergeleken. Want exergie is, anders dan energie, wel te vernietigen. Als je weet hoe groot de vernietigde exergie is, is dus ook meteen duidelijk wat het ideale verbeterpotentieel van een proces of systeem is.
In haar onderzoek komt Jansen met aanvullingen op bestaande exergieanalyses en ze geeft inzicht in de exergieprestatie van huidige energiesystemen. Met praktijktips om het beter aan te pakken. Door vermindering van exergieverliezen kan met veel lagere input van hoogwaardige energie hetzelfde doel worden bereikt. Je komt dus tot veel hogere prestaties. Jansen: “In theorie zou je met een tiende van het huidige energieverbruik toe kunnen, als je gebruik maakt van minimale temperatuurverschillen, exergetisch efficiente opwekking – bijvoorbeeld warmtepomp of warmtekrachtkoppeling – en slimme thermische opslag.”
De industrie kan veel hebben aan exergieanalyse, verwacht ze. Lage temperatuur warmtepompen die met kleine temperatuurverschillen werken, kunnen bijvoorbeeld de kwaliteit van energie beter benutten. Verlies is er altijd maar in de huidige systemen is die veel groter dan nodig. Dat blijkt uit een voorbeeld exergieanalyse die Jansen in haar onderzoek opnam. Ontwerpers van de gebouwde omgeving krijgen er ook een gereedschap bij om exergieverliezen in kaart te brengen, en dus de benodigde hoeveelheid hoogwaardige (fossiele) energie in gebouwen en systemen te verminderen. De huidige energiesystemen die in het proefschrift zijn geanalyseerd hebben exergetische rendementen voor verwarming tussen 3 procent (met een ketel) en 14 procent (met een warmtepomp). Jansen: “Het theoretisch ideaal van 100 procent haal je nooit, maar we moeten gewoon naar tenminste 25 procent. Het kan, blijkt uit exergieanalyse.”