Follow by Email

koelen door zonnewarmte


1935
Een groot deel van onze energieverbruik gaat op aan verlichting en verwarming. Juist wanneer zon daar onvoldoende zelf in voorziet, hebben we die energie nodig; dus zijn we aangewezen op 'opgeslagen' energie. 
Maar, we verbruiken ook veel energie om de zon te bestrijden: met koeling en air-conditioning. De vraag naar deze energie valt dus juist samen met een overschot aan directe zonne-energie.

Koelen kan daarom veel duurzamer van energie voorzien worden, dan vaak wordt gedacht.
Directe zonnestroom is genoeg om continu te koelen; zonder aanvulling van netwerkstroom of accu's. 
Maar, we hoeven de zon niet eens om te zetten in stroom; omdat warmte direct een koelproces in gang kan houden.

Grootschalige toepassing van netwerkgebonden zonne-energie kan wel eens meer energieproblemen veroorzaken, dan oplossen. Zonne-energie kan, voor de meeste energiebehoefte wel een bijdrage leveren;  maar men blijft afhankelijk van brandstof, accu's of (stroom)netwerken ter aanvulling.
Wat betreft koeling, kunnen we genoeg hebben aan zonne-energie; zeker als het niet electrisch moet.

Solar koelen zonder accu's

http://fourmileisland.com/IceBox.htm
Omdat de zon niet altijd schijnt, is wel een zekere buffer nodig. De isolatie van de koelkast doet dat voor een belangrijk deel. Evengoed is er dan vaak extra 'koelenergie' nodig;  om te voorkomen dat de inhoud van de koelkast boven de gewenste temperatuur komt, voordat het koelsysteem weer energie krijgt van de zon.

Zulke energie hoeft niet opgeslagen te worden in accu's. Als het gaat om koeling, kan die buffer-energie opgeslagen worden in ijs. Zolang energie beschikbaar is, kan ijs kouder gemaakt worden door het koelproces. Bij afwezigheid van energie (zon) voor het koelproces, kan dat ijs de koelruimte nog lange tijd voldoende koelen. Hoe lang, hangt af van hoe koud het ijs gemaakt is, terwijl de zon scheen. 
Een kilo ijs schijnt meer koelcapaciteit te kunnen bevatten, dan een kilo accu. Zelfs als dat, door de snelle ontwikkeling van accu's, niet meer zo zou zijn: bevroren water blijft altijd goedkoper en duurzamer dan welke accu ook.

De hi-tech variant van water is evenmin duur, en duurzaam: koelelementen (bekend van uw koelbox). Deze kunnen een koelruimte langere tijd op een specifieke (herkenbaar aan kleur vd inhoud) temperatuur houden (nl. het smeltpunt van de inhoud). Aan de andere kant (letterlijk) kunnen ze gekoeld worden; Theoretisch tot een veel lagere temperatuur. Hoe lager de temperatuur, hoe meer de ijs-'accu' opgeladen is.
http://sunshineworks.com/sundanzer-bfr105-solar-refrigerator.htm


Er bestaan koelkasten (Bijvoorbeeld de steca pf166) met een 12v-compressor (meestal Danfoss BD-serie), die bij geringe stroom al aanschakelen, zodat u deze rechtstreeks op een pv-paneel kunt aansluiten. Zolang de zon voldoende schijnt, draait de compressor en worden de koelelementen verder gekoeld. De “koelenergie” die zo wordt opgeslagen kan de periodes dat de compressor niet aanslaat, overbruggen.

Electrische accu's zijn, op deze manier, overbodig voor autonome ('off grid') solar koelsystemen. Dat is geweldig nieuws; maar het nadeel blijft, dat de compressor electrisch aangedreven dient te worden; en er daarom pv-zonnepanelen nodig zijn, om zonnewarmte om te zetten in stroom.
bron:  http://www.solar-energy-systems.eu 
Ook al zal dit systeem, helaas, op dit moment, de meest haalbare manier zijn om autonoom solar te koelen; het gebruik van pv panelen dient zo veel mogelijk vermeden te worden.
Daar zijn veel redenen voor, waarover een andere keer. In verband met koeling, is een relevante reden, dat het -toch al lage- rendement van pv-panelen, bij hogere buitentemperaturen nog eens drastisch daalt (dwz ze leveren minder energie, net wanneer u meer koeling nodig heeft).

koelen zonder stroom

Maar, op zich is geen stroom nodig, om te koelen. 
Koelsystemen zijn 'warmtepompen': de energie, die koelprocessen verbruiken, is nodig om drukverschillen op te wekken; waardoor een kringloop wordt aangedreven, die warmte verplaatst (van de koelruimte naar buiten).
In het meest gangbare systeem ontstaat het drukverschil door 'mechanische compressie', aangedreven door een elektrische motor (compressor). Drukverschil kan ook worden opgewekt door verwarming. 
Daarop zijn verschillende 'thermische' koelsystemen gebaseerd. Absorptie koeling bijvoorbeeld, is minstens zo lang bekend en toegepast, als compressiekoeling. (In de afbeeldingen zijn meer thermische systemen te vinden, waaronder adsorptoekoeling).


1929; de Crosley icyball



(Theoretisch is voor compressie ook geen elektra nodig; alleen bewegingsenergie. Waarom zouden we stroom opwekken met een windmolen, om een elektrische motor aan te drijven; als de beweging van de windmolen ook direct een compressor zou kunnen aandrijven?Rechstreeks is niet altijd handig. Maar, met windmolens kan 'perslucht' gecomprimeerd worden, en opgeslagen in een druktank. Met perslucht kunnen allerlei motoren aangedreven worden. Garages werken vaak met gereedschap op perslucht. Er zijn zelfs persluchtauto's met een vergelijkbare actieradius als een electrische auto; maar in alle opzichten duurzamer. Dus: waarom geen compressie-koeling op perslucht? Hoewel daarover niets is te vinden, wordt het nog interessanter als wel blijkt dat perslucht ook direct kan koelen, in een 'vortex tube' .Dit allemaal terzijde; het ging over koelen op (zonne-)warmte..)

Naarmate het kostenverschil tussen stroom en warmte groter is, wordt thermische koeling interessanter. Thermische koelsystemen worden dan ook zeker commercieel toegepast.
Op industriele schaal kan 'overtollige'  restwarmte uit produktieprocessen benut worden als gratis energiebron voor (ergens anders in de produktie) nodige koeling. Als bovendien anders energie besteed zou worden, om zich van die restwarmte te ontdoen, snijdt het mes aan meerdere kanten.


absorptiekoelkast;
nadere uitleg hier
De bekendste absorptiekoeling is de kampeerkoelkast die zowel werkt op 220V/12V, als op butagas. Ook op 220V of 12V drijft de stroom geen compressor aan, maar wordt omgezet in warmte, wat het absorptiekoelsysteem (hiernaast) aan de gang houdt. 

Absorptiekoeling heeft de naam inefficient te zijn. Dat is niet helemaal terecht. Hoewel, bij stroomverbruik, een compressorkoelkast efficienter is; ligt het gasverbruik van een absorptiekoelkast lager, dan het brandstofverbruik van een generator, om een vergelijkbare compressor van stroom te voorzien. 
Puur vanuit het oogpunt van energieverbruik lijkt er geen reden te zijn om te kiezen voor compressiekoeling; tenzij stroom goedkoper/ overvloediger voorhanden is, dan warmte. Maar, dat is onwaarschijnlijk.

Los van energieverbruik, hebben verschillende koelsystemen elk zo hun voor- en nadelen. Zo is het  voordeel van compressor-systemen, dat ze snel werken, en goed regelbaar zijn. Omdat we gewend zijn aan die luxe, doen we daar niet snel concessies aan. Ondanks het voordeel van thermische systemen, dat ze geen motor hebben; en daardoor stil zijn, en nauwelijks slijten.
Na afweging, lijkt er weinig reden om, bijvoorbeeld, in de keuken over te gaan op een gasgestookte koelkast. De nadelen van absorptiekoeling wegen dan niet op tegen de eventuele besparing op energieverbruik. Bovendien: als stroom duurder wordt, stijgt de gasprijs in de regel mee. 
Het wordt toch anders als we duurzamer/ goedkoper aan warmte kunnen komen, dan uit gas.

Daarom verdienen thermische koelsystemen toch meer aandacht. Immers, nederlandse
huishoudens kunnen een groot deel van hun gasverbruik (in het algemeen) besparen, door vervanging met (na investering) gratis thermische zonne-energie. Niet onbelangrijk, want de gasrekening is, in de regel, een stuk hoger dan de stroomrekening.
Door over te schakelen van elektrische- naar thermische koelsystemen, kan zonnewarmte ook nog een deel van ons stroomverbruik vervangen. 


waarom koelen we electrisch?


Net als geldt voor de elektrische auto; zijn thermische koelsystemen in de zelfde tijd bedacht, als een concurrerende technologie, die destijds de strijd heeft gewonnen. De elektrische compressor is de verbrandingsmotor van de koeltechnologie. Bij automotoren zien we ook dat, door veranderende omstandigheden, 'achterhaalde' technologie opeens weer interessant kan worden. 
In beide gevallen is de richting waarin de technologie zich heeft ontwikkeld niet bepaald door wat de beste oplossing is, maar door de economische macht van energie-leveranciers.
Zonder de grootschalige aanleg van electriciteitsnetwerken, met goedkope stroom, zou compressie-koeling nooit zo standaard zijn als nu.Toen GE de eerste koelkast voor huishoudelijk gebruik wilde introduceren, was de macht van de electrische netwerken al zo groot, dat er een electrische koelkast kwam; in plaats van de absorptiekoelkast die GE aanvankelijk op de markt wou brengen.

Thermische koeltechniek is ontwikkeld, omdat warmte, als energiebron, veel algemener beschikbaar was dan stroom. Dat geldt nog steeds, in grote delen van de wereld; en daar worden thermische koelsystemen dan ook wel degelijk gebruikt. 
Technologische innovatie richt zich echter vooral op de rijkere geelectrificeerde consument. Daarom heeft de populariteit van (electrische) compressie-koeling inmiddels ook iets te maken met een technologische voorsprong, ten opzichte van andere koelsystemen. 

Zo komt het dat niemand lijkt te begrijpen, hoe duurzaam we kunnen koelen. Koeling is daarom een goed voorbeeld waarom verduurzaming niet geremd wordt door de stand van technologie, maar door de electrificering van ons denken over technologie.
Het zelfde geldt voor andere warmtepomp-toepassingen, die een steeds belangrijkere rol gaan spelen in ons energieverbruik. Een technologie die veel kan verduurzamen, dreigt zich in een niet-duurzame richting te ontwikkelen: electrisch.


solar-thermische koeling

Thermische koeling is vooral interessant, wanneer 'gratis' warmte het koelproces kan aandrijven. Dat zien we in de industrie. Waarom niet thuis?
Ons huishouden heeft verbazend veel bronnen van (her)bruikbare warmte: dikwijls met kostbare energie opgewekte warmte, die we vervolgens zinloos in het milieu lozen. Veel van die 'restwarmte' is waarschijnlijk in theorie bruikbaar voor koeling, maar te ingewikkeld om toe te passen. (Bovendien is goede benutting van restwarmte vaak veel simpeler. Zo kan meer dan de helft van de energie voor douchen worden bespaard, door een simpele warmtewisselaar onder het doucheputje).

Voor koeling is natuurlijk de perfecte warmtebron de zon, omdat die meer energie levert, als we meer koeling nodig hebben.
Door een deel van de overtollige zonnewarmte af te vangen, bv door zonnecollectoren op het dak, kan die de woning minder opwarmen; en is al minder koeling nodig. Naast dit 'passieve' koeleffect, kan de energie uit die collectoren naar believen gebruikt worden voor actieve koeling:
adsorptiekoeling
-Als er thermische collectoren voor warm water zijn, is er vaak overcapaciteit bij warm weer. Die kan prima benut worden voor adsorptiekoeling (zie bv zonnekoeling.nl), zodat het huis gekoeld wordt door koud water, dat door de radiatoren stroomt.

-Door pv-zonnepanelen te koelen, neemt het rendement toe. Bovendien kan het opgewarmde koelwater ook benut worden; eventueel voor thermische koeling van iets anders. Dergelijke gecombineerde collectoren bestaan.
De meeropbrengst aan stroom kan desnoods andere koelsystemen aandrijven. Want, u kunt zonnestroom beter direct zelf gebruiken, als het er is; dan terugleveren aan het net. 

Ondanks dat het eigenlijk zonde is, om kostbare stroom te gebruiken voor koelen; het kan immers met gratis warmte. Voor ruimtekoeling is dat nu al een realistisch alternatief. Voor koelkasten is nog wel wat meer innovatie wenselijk. Immers, de behoefte aan thermische koeltechniek wordt alleen maar groter, door stijgende energieprijzen.
Wanneer het koelproces aangedreven wordt door zonnewarmte, is, in feite, het rendement niet meer relevant. De energiebron is namelijk gratis, en in overvloed beschikbaar; precies wanneer de vraag naar koeling groot is. Opslag is nauwelijks een beperking (ijs, zie boven). Investering evenmin; want thermische zonnecollectoren zijn veel duurzamer dan pv-panelen, en makkelijker zelf te maken. 
De 'ISAAC' maakt per dag 6 blokken ijs van 10kg elk.
Het ligt dus eigenlijk erg voor de hand, om directe zonnewarmte te gebruiken; om koelprocessen van energie te voorzien. De, ten onrechte vaak als vanzelfsprekend opgevatte, omweg via pv-panelen en accu's (met alle bezwaren die daaraan kleven), kan worden afgesneden; door technologie die makkelijker na te bouwen is, met lokaal beschikbare materialen; en (ook daarom) duurzamer.
http://solarcooking.org/radiant-fridge.htm

Kennelijk is dat zo oninteressant voor investeerders en (dus) voor onderzoekers, dat haast niemand er van gehoord heeft; en er weinig ontwikkeling in de technologie is te bespeuren. Net als solar koken, wordt solar koelen teveel beschouwd als survival-technologie voor armen in de derde wereld.

In de thermische koelkast-techniek wordt er wereldwijd wel het een en ander ontwikkeld; en zelfs in de handel gebracht. De schaal is echter zo klein, dat de aanschafprijzen (voor huishoudelijk gebruik) moeilijk kunnen concurreren met electrische koeling.

Zo komt het dat het makkelijker/ goedkoper is om een electrisch 'stand-alone' systeem te kopen (met pv-paneel, accu en conventionele compressor-koelkast); dan een systeem zonder accu, met icepacks; of een thermisch koelsysteem op zonne-energie. 
Deze omweg lijkt goedkoper; maar de verborgen kosten zitten in het afval (accu's); en in grotere afhankelijkheid van hi-tech, schaarse grondstoffen etc., en de belangen daar achter.


Koelen met (zonne)warmte is een realistisch alternatief, dat weinig bekend is. De ongekende mogelijkheden tot energiebesparing, maken dat deze mogelijkheid meer aandacht verdient. (Solar-)thermische koeltechniek wordt wereldwijd al toegepast, en is dus meer dan toekomstmuziek. Toepassing op grotere schaal zou, met name ook  in de 'eerste wereld', een substantiele energiebesparing kunnen opleveren.
Koelen (waaronder ook air-conditioning) vormt immers een niet verwaarloosbaar deel in ons energieverbruik. In Nederland al; maar nog veel meer in bv grote delen van de VS (het land met het hoogste energiegebruik per inwoner), die onleefbaar waren, als gevolg van een overvloed aan zonnewarmte; totdat de airco werd geintroduceerd.

Voor de meeste nederlanders klinkt het idee 'koelen op zonnewarmte' als ongeloofwaardige hocus pocus. Men is wel geneigd pv-zonnepanelen neer te leggen, om zogenaamd 'eigen' energie op te wekken, en daarmee de koelkast te laten draaien.
In plaats van (door blind volgen van de pv-hype) echte verduurzaming te remmen; zou een 'kenniseconomie' meer uitdaging moeten zien in ontwikkeling van thermische zonne-energie toepassingen. Onder meer, in de koeltechniek.


6 opmerkingen:

  1. In feite een zeer goed idee om een absorbtie ijskast principe met directe zonnewarmte te combineren. De volle 100% van de zonnestraling kan worden gebruikt , de 1kW straling per m2 van de zon kan gebruikt worden voor absorbtie koeling. waarom er eerst stroom van maken en die weer omzetten.? Overbodig. De technologie moet ook veel goedkoper kunnen zijn als zonnecellen, omdat het alleen maar om warmte absorbtie gaat. je zou kunnen denken aan een fresnel reflector systeem. Ik denk dat een halve vierkante meter oppervlak ruim voldoende is voor een flinke koelkast. Ik zie een grote toekomst als toepassing op caravans en campers , maar ook als export naar ontwikkelingslanden met zonnig klimaat voor huisgebruik. Er zou componentair gedacht moeten worden.. bijvoorbeeld met een ombouw systeem voor bestaande koelkasten. En een component warmte absorbeer systeem/verdamper en een gestandaariseerde regenerator.
    Je moet je verder realiseren dat overdag wanneer de zon het actiefst is en de temperatuur het hoogst , de verliezen in de koelkast naar buiten toe het hoogst zijn. Maar dan is ook het koelend vermogen het grootst wegens de goede absorbtie warmte opbrengst.
    Je vraagt je af waarop het idee nog niet opgepikt is door een grote fabrikant en door de groene lobby. Absorbtie koeling als principe lijkt me een potentiele bron van besparing van electriciteit uit het net. misschien is het zelfs mogelijk met dit principe een kleine airconditioning te maken. Je kunt om het een systeem te perfectioneren zelfs koude voor de nacht in de vorm van ijs op slaan. Ijs heeft door zijn fase verandering van vloeistof naar vaste stof, een veel betere volume efficientie dan water alleen om energie op te slaan.

    BeantwoordenVerwijderen
  2. Veel informatie, maar zeker de moeite waard om te lezen. Staat zeer nuttige informatie in waar ik zeker gebruik van ga maken.

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. leuk om te horen. Mag ik vragen, hoe / waarvoor je het kan gebruiken?

      Verwijderen
  3. Zouden jullie een idee hebben hoe zonnewarmte op te vangen (zonnereflectie constructie)en hier een absorptiekoelkast mee te laten koelen? Dus geen electriciteit en geen gasvlam. Hoe zou zoiets er het best uit kunnen zien?

    BeantwoordenVerwijderen
    Reacties
    1. vervang het elektrisch eloement tegen de verdamper door de kop van een heatpipe, die in een vacuumbuis zit. evt. met reflector(s).
      gericht op het zuiden, hoeft de opstelling niet bijgesteld te worden gedurende een dag.
      Met een parabolische reflector zou de ammonia in de verdamper ook wel aan de kook gebracht kunnen worden. Omdat die voortdurend bijgericht zou moeten worden, wordt de opstelling veel te ingewikkeld.

      Verwijderen