Energie, exergie en anergie (deel 1)

Jaren geleden was er een periode dat de Groningse skyline rood kleurde. Dagenlang stond er een enorme rode vuurbal aan de horizon. De NAM was de gasvelden aan het affakkelen. De woordvoerder van de NAM vertelde dat het gas wat ze de lucht in bliezen niet van voldoende kwaliteit was. Verspilling van grondstoffen, vond ik toen.

Die rode lucht en grote vuurbol aan de horizon zie ik de laatste tijd niet meer. Maar we verspillen nog wel enorme hoeveelheden aan hoogwaardige grondstoffen. Zo verwarmen we ons huis met een hoogrendementsketel. Volgens de fabrikant is dat een ketel met een maximaal rendement van 107%. We doen het goed en halen 100% energie uit een m3 gas, en er verdwijnt geen onnodige energie uit de schoorsteen. Los van de discussie over aardbevingen is dat super duurzaam, zou je zeggen, maar dat is niet zo. Wat we namelijk doen is het verbranden van een hoogwaardig product (aardgas) met een temperatuur van circa 1000 graden om een kamer op te warmen tot circa 20 graden. Vanuit het oogpunt rendement is dat prima, maar vanuit het oogpunt exergie enorm slecht.

 

Volgens de eerste hoofdwet van de thermodynamica gaat energie nooit verloren. Dit betekent dat de kwantiteit van energie altijd gelijk blijft. In tegenstelling tot deze eerste hoofdwet, omschrijft de tweede hoofdwet dat de entropie, de maat van onbruikbare energie, altijd toeneemt. De toegenomen onbruikbare energie geeft aan dat er toch iets verloren gaat bij energieomzettingen; namelijk de kwaliteit van de energie. Door verschillende oorzaken verandert de energie van vorm, waardoor die niet meer voor hetzelfde doel kan worden gebruikt. De kwaliteit van energie wordt ook wel ‘exergie’ of ‘arbeidsvermogen’ genoemd. Exergie geeft de maximale arbeid aan die verkregen kan worden uit een energiestroom. In andere woorden: exergie verwijst naar het deel van een energiestroom dat kan worden benut. Het tegenovergestelde van exergie is ‘anergie’, ofwel het deel van een energiestroom dat niet wordt benut.

Men kan stellen dat energie kwalitatief bruikbaar is tot het moment waarop deze in evenwicht komt met de omgeving. Hierbij geldt: hoe groter de disbalans, hoe groter het kwaliteitsverlies. Denk bijvoorbeeld aan de warmte van een kop koffie. Warmte is een laagwaardige vorm van energie en heeft daarom een lage exergie. Dit betekent dat, wanneer warmte over een grote afstand getransporteerd moet worden, een groot deel van de kwaliteit van die energie verloren gaat in de vorm van warmteverlies.

‘’Een CV-ketel heeft maar een 'rendement' van 8%’’

Vanuit een energietechnisch oogpunt hebben 3 emmers gevuld met 10 graden water evenveel energie als 1 emmer met 30 graden water, maar aan die drie emmers met 10 graden water hebben we niet zoveel als we ons huis ermee willen verwarmen. Volgens de eerste wet van de thermodynamica is er geen energie verloren, maar is de bruikbaarheid van de energie uit de drie emmers weg. Dit wordt exergie genoemd. Als we nu de CV-ketel weer eens bekijken met betrekking tot exergie zien we een heel ander resultaat.

Energie en exergie

Als we dus praten over het bruikbaar omzetten van energie heeft de CV-ketel maar een “rendement” van 8 %.

Een warmtepomp doet het beter:

Energie en exergie

Deze berekening kan je voor alle energieomzetters maken. Van de afgifte van een radiator, de effectiviteit van een warmte terugwin systeem of de inblaastemperatuur regelingen van een luchtbehandelingssysteem. Volgens de trias energetica zullen we moeten beginnen met besparen van energie en daar valt nog veel te halen. Het efficiënt en écht duurzaam aansturen van onze klimaatinstallatie vergt dan ook een totaal andere aanpak.

ACS is daarom een onderzoek gestart over hoe we het uitgangspunt van exergie kunnen inzetten in onze systemen en dat we niet alleen traditioneel kijken naar het energierendement, maar vooral naar de exergie en hoe we het misbruik van de kwaliteit van grondstoffen tegen kunnen gaan. Benieuwd hoe we dit doen? Lees binnenkort meer in het tweede deel van deze reeks over exergie waarin we dieper ingaan op de betekenis van exergie voor de gebouwde omgeving.

Sietse Damstra
ACS Connected Buildings

Ook benieuwd naar de mogelijkheden voor uw gebouw?

We gaan graag vrijblijvend in gesprek over onze ontwikkelingen en hoe we samen de lat nog hoger kunnen leggen!