4 De FiWiHEx warmtewisselaar
4.2.3 Ontvochtigen met warmteterugwinning
Het komt in de winter regelmatig voor dat er een overmaat aan vocht in de kaslucht is terwijl er geen koelbehoefte is. In gangbare kassen worden op die momenten de ramen geopend om het overtollige vocht af te voeren. Hierbij gaat niet alleen voelbare warmte verloren, maar ook latente warmte die vrij had kunnen komen wanneer het vocht op een warmtewisselaar zou zijn gecondenseerd. Om dit overtollig vocht af te voeren zonder warmteverlies zijn de FiWiHEx warmtewisselaars in de Energieproducerende Kas uitgerust met een dubbel koelblok.
Als nu het eerste blok van de koeler door middel van de warmtepomp koud gemaakt wordt en de (ongewenste) afkoeling van de lucht vervolgens weer met het tweede blok wordt naverwarmd kan de kaslucht worden ontvochtigd zonder de eerder genoemde verliesposten.
Een schematisch overzicht van de werking hiervan staat in onderstaande plaatje
Figuur 4.9. Principeschema van het ontvochtigen met warmteterugwinning door het voorste blok van de FiWiHEx koud te maken en het achterste blok te laten verwarmen. De warmtepomp gebruikt de latente warmte die aan het vocht onttrokken is voor de verwarming.
Met de inmiddels bekende karakteristieken van de FiWiHEx blokken kan de werking van dit mechanisme nauwkeurig worden doorgerekend.
De ontvochtiging moet gemiddeld genomen plaatsvinden bij een kasluchttemperatuur van 20 °C en een luchtvochtig- heid van 88% RV (een RV van 90% wordt in de teelt van Hydro Huisman nog net geaccepteerd). Het is bekend dat ontvochtiging met een goede voelbaar/latent verhouding kan plaatsvinden bij water van ongeveer 12 °C, dus laten we aannemen dat er water met 10 °C in het koude blok stroomt. De vochtafvoer uit de weinig verdampende potplan- tenkas zal in de regel niet zo groot zijn (10 tot 30 gr/(m² uur)), dus gaan we in dit rekenvoorbeeld uit van een lucht- debiet van 0.3 kg per seconde. Lagere debieten zijn gegeven de karakteristieken van de ventilatoren in de Energie- producerende Kas zeer inefficiënt (zie Figuur 4.6). Onderstaande grafiek laat het ontvochtigingsvermogen door het condenserende blok zien als functie van het waterdebiet. Doordat de kaslucht van 20 graden door zo’n koud blok wordt geblazen koelt de lucht af. Deze afkoeling is natuurlijk groter naarmate het koude water harder door het ont- vochtigende blok stroomt. In Figuur 4.10 is aangegeven dat de lucht 1 °C afkoelt als er 10 gram/(m² uur) wordt ontvochtigd en 1.4 °C afkoelt als er 30 gram wordt ontvochtigd.
In alle gevallen is het voelbare warmteverlies een onbedoeld effect, wat weer gecompenseerd zal moeten worden. Omdat in de Energieproducerende Kas de verwarming plaatsvindt met water van 30 °C kan het verwarmingsver- mogen dat middels het tweede blok wordt toegediend alleen door middel van het waterdebiet worden geregeld (de aanvoertemperatuur en het luchtdebiet liggen tijdens de ontvochtiging immers vast). Als het verwarmingswater- debiet klein is is de toegevoegde verwarming klein, en bij een hoge ontvochtiging zelfs negatief.
Uit Figuur 4.10 kan worden afgelezen dat als er bijvoorbeeld 20 gram per m² per uur ontvochtigd moet worden en de kas daarnaast met 30 W/m² verwarmd moet worden (dus als het buiten ’s nachts een graad of 12 is) er een waterdebiet van 6 liter per m² per uur door het voorste blok moeten worden gepompt en een waterdebiet van 15 liter per m² per uur door het tweede blok. Voor de realisatie van dit verwarmingsvermogen met ontvochtigde lucht was kennelijk 11 W/m² elektriciteit nodig want in de laatste grafiek op de middelste rij blijkt dat de verwarming met een COP van 2.7 gerealiseerd wordt.
Op het eerste gezicht lijkt deze COP veel ongunstiger dan de COP van ongeveer 4 die bij een verwarmingsvermogen van 30 W uit Figuur 4.8 kan worden afgelezen. Echter, als de kas niet op deze manier zou worden ontvochtigd dan zouden de ramen moeten worden opengezet en zou er 3 m³ buitenlucht per m² per uur moeten worden uitge- wisseld. Deze buitenlucht zou dan 8 °C moeten worden opgewarmd, waar bijna 9 W stookenergie aan moet worden gespendeerd.
Verwarming met 30 W/m² ontvochtigde lucht moet dus worden vergeleken met 39 W/m² verwarming met niet-ont- vochtigde lucht. De conclusie blijft evenwel dat de Energieproducerende Kas in geval de ramen zouden worden opengezet om deze 20 gram per m² vocht af te voeren minder elektriciteit gebruikt (namelijk 39/4 ô 10 W/m²) dan wanneer er met ontvochtigde lucht wordt gewerkt.
Wanneer soortgelijke berekeningen worden gemaakt bij wat kleinere ontvochtigingsbehoeften en op momenten dat het minder koud is blijkt telkens dat het elektriciteitsverbruik van de Energieproducerende Kas lager wordt indien er met luchtramen wordt ontvochtigd dan wanneer er mechanisch wordt ontvochtigd tijdens de periode met een warmtevraag. De combinatie van deze analyse en het feit dat de ontvochtiging-met-warmteterugwinning in de praktische situatie voor veel extra problemen zorgde (instabiliteit van de regeling met grote temperatuur-fluctuaties tot gevolg) maakte dat in het voorjaar van 2007 besloten is over te stappen op ontvochtigen door het openen van de ramen.
Figuur 4.10. Illustratie van de werking van de ontvochtiging met warmteterugwinning. In het voorste blok wordt vocht aan de kaslucht onttrokken. De ontvochtiging is groter naarmate het waterdebiet toeneemt. (Het koude water wordt aangeboden op 12 °C). Bij het ontvochtigen koelt de lucht af en deze af- koeling is meer naarmate er meer ontvochtigd wordt. Het tweede blok kan weer warmte toevoegen door warm water te laten circuleren. De temperatuur van dit verwarmingswater is gesteld op 30 °C. Tenslotte kan door deling van het uiteindelijke verwarmingsvermogen door het totale elektriciteitsver- bruik een COP worden berekend voor het verwarmen met ontvochtigde lucht.
0 0.5 1 0 0.5 1 0 0.5 1 0 0.5 1 0 5 10 15 0 20 40ontvochtiging [gr/(m2 uur)]
koudwaterdebiet [liter/(m2 uur)]
0 10 20 30 0 20 40 verwarmingsvermogen [W/m2] 0 20 40 1 2 3
4overall COP verwarmen [-]
0 10 20 30 0 20 40 0 20 40 1 2 3 4 0 10 20 30 0 20 40
warmwaterdebiet [liter/(m2 uur)]
0 20 40 1 2 3 4 verwarmingsvermogen [W/m2] Lucht van 19 °C naar verwarmingsblok Lucht van 18.6 °C naar verwarmingsblok