Specifieke apparaten

Hier wordt kort ingegaan op exergieverliezen bij een aantal veelvoorkomende apparaten. Voor een gedetailleerdere beschrijving van oorzaken en mogelijkheden tot vermindering van exergieverlies wordt verwezen naar [3].

Reactoren

Naarmate een reactie sneller verloopt en daarbij meer warmte vrijkomt, zal het exergieverlies in een reactor hoger zijn. Verbranding is een voorbeeld van een reactie die gepaard gaat met een relatief hoog exergieverlies.
Mogelijkheden om exergieverliezen te beperken zijn:

  • het koppelen van chemische reacties, bijvoorbeeld de warmte die vrijkomt bij de ene reactie wordt gebruikt om een andere reactie te laten verlopen
  • het gebruik van brandstofcellen i.p.v. 'gewone' reactoren
  • de inzet van specifieke katalysatoren waardoor mildere reactie-omstandigheden mogelijk worden gemaakt
  • het onttrekken van producten of het gefaseerd toevoeren van reactanten

Turbines en compressoren

In turbines wordt inwendige energie van een massastroom (bijv. stoom) omgezet in mechanische energie (= beweging), bij een compressor gebeurt het omgekeerde. Exergieverliezen in turbines en compressoren zijn sterk afhankelijk van het ontwerp van deze apparaten en worden veroorzaakt door wrijving langs de wanden en inwendige lekkage door (noodzakelijke) speling tussen stilstaande en roterende delen binnen het apparaat. Behalve door een juist ontwerp van de turbine kunnen de exergieverliezen beperkt worden door bijv. een lagere stoomdruk aan de inlaat van een turbine te kiezen naarmate het vermogen van een turbine kleiner is, vervuiling van het schoepenkanaal tegen te gaan en door maatregelen te nemen om stoomdruppeltjes zo goed mogelijk uit de stoomstroom te verwijderen. Bij een compressor moet bij een relatief kleine ingaande volumestroom een hoge uitlaatdruk vermeden worden. Daarnaast dient vooral de inlaatzijde van het schoepensysteem goed gereinigd te worden om wrijvingsverliezen aan de inlaatzijde zoveel mogelijk te beperken.

W/K-installaties

Bij warmte/kracht-installaties treden er relatief grote exergieverliezen op in de ketel en bij warmteoverdracht naar de afnemers in de vorm van geproduceerde stoom. De mogelijkheden om exergieverliezen te beperken bij bestaande installaties zijn doorgaans gering. Het exergieverlies bij de overdracht van warmte kan beperkt worden door de inzet van een ander medium dan stoom voor de warmtedistributie, maar dit gaat gepaard met relatief hoge investeringskosten.

Warmteopslag

Manieren om exergieverliezen bij warmteopslag te beperken, zijn een goed ontwerp en een juist gebruik daarvan, het toepassen van een goede isolatie, en menging in buffervaten te voorkomen door slechts langzame variaties van de ingangstemperatuur toe te staan en een aangepaste pompstrategie toe te passen.

Warmtepompen

De exergieverliezen bij compressie- en absorptiewarmtepompen worden veroorzaakt door warmteoverdracht tussen de twee stromen in de condensors en verdampers, stroming in de compressor, en naarmate de warmtepomp warmte bij een hogere temperatuur moet leveren, worden ook de exergieverliezen door smoring relatief groot. In het laatste geval wordt het gebruik van een tweefasen-expander zinvoller.

Warmtewisselaars en pijpen

Hoe groter het temperatuurverschil tussen de op te warmen en af te koelen warmtestroom, des te groter het exergieverlies. Het exergieverlies bij een meestroomwarmtewisselaar (beide warmtestromen stromen in dezelfde richting) is groter dan bij een tegenstroomwarmtewisselaar. Voor doorstroomde pijpen geldt in het algemeen dat het exergieverlies door warmteoverdracht groter wordt met de diameter van de pijp en dat het exergieverlies door wrijving afneemt met de diameter. Wanneer men vrij is in de keuze, zou men de diameter van een pijp zo groot kunnen kiezen dat het exergieverlies door wrijving klein wordt en vervolgens de isolatie daarbij aanpassen. In [4] wordt beschreven hoe de optimale pijpdiameter bij een vaststaande isolatiedikte berekend kan worden. Al te grote stromingsweerstanden in het leidingensysteem, zoals krappe bochten en regelkleppen, dienen zo min mogelijk toegepast te worden.

/* */