Onderzoek naar vallendefilm-verdamper voor een warmtepomp met afvalwater als bronsysteem

22 februari 2022

Stedelijk afvalwater bevat grote hoeveelheden restwarmte die kan worden gebruikt door warmtepompen. Chinese wetenschappers onderzochten de toepassing van een vallendefilm-verdamper bij deze toepassing.

Om de prestaties van warmtepompen die gebruikmaken van restwarmte uit afvalwater te verbeteren, moet de globale warmteoverdrachtscoëfficiënt van de verdamper worden verhoogd. Een van de opties daarvoor is het gebruik van een vallendefilm-verdamper in een warmtepomp met een terugspoelsysteem, waarbij in het warmtesysteem meerdere verdampers aaneengeschakeld kunnen worden.

Warmtepompsysteem met vier componenten
Chinese wetenschappers hebben experimentele proeven uitgevoerd met verwarming middels dit type warmtepomp in een stedelijke woonwijk. Het gebruikte warmtepompsysteem is samengesteld uit vier componenten: een terugspoelsysteem voor het afvalwater, een vallendefilm-verdamper, een overstroomde verdamper en een systeem voor datacollectie en -controle. Het onderzoek betreft zowel een theoretisch wiskundig model als de concrete toepassing daarvan. Beide zijn met elkaar vergeleken.

Vallendefilm-verdamper voor afvalwater
De aanpassing van de schakelcombinatie van de verdampkleppen zorgt ervoor dat beide verdampers met dezelfde afvalwaterkenmerken kunnen functioneren. De specifieke vallendefilm-verdamper voor afvalwater verschilt in zoverre van een standaard vallendefilm-verdamper dat hij de eigenschappen van een warmtewisselaar combineert met die van de verdamper, en aan de waterzijde beter functioneert. Het terugspoelsysteem is geïnstalleerd in het in- en uitlaatgedeelte van de verdamper. Het terugspoelen kan worden geactiveerd door verandering van de stroomrichting, waardoor verstoppingen in de buizen van de warmtewisselaar kunnen worden voorkomen.

Hogere warmteoverdrachtscoëfficiënt
De proefondervindelijke resultaten van het Chinese team komen goed overeen met de wiskundige simulaties. Uit het onderzoek blijkt onder meer dat bij een stabiele toestand de warmteoverdrachtscoëfficiënt ongeveer 60% hoger ligt en dat de COP van de vallendefilm-verdamper hoger is dan die van de overstroomde verdamper. Verder voorkomt het terugspoelsysteem daadwerkelijk verstoppingen in de warmtewisselaar, ondanks een vermindering van de warmteoverdrachtscoëfficiënt bij het wisselen van de stroomrichting.