7 Verwarming en koeling

Dit hoofdstuk onderzoekt hoeveel vermogen we besteden aan het beheersen van de temperatuur van onze omgeving – thuis en op het werk – aan het opwarmen of afkoelen van ons eten en drinken, en aan het wassen en drogen van onze kleren en afwas.

Warm water in huis

Warme water wordt thuis gebruikt om te baden, te douchen, de was, de vaatwas  – en de hoeveelheid hangt af van uw levensstijl. Laten we eerst een schatting maken van de energie die nodig is voor een warm bad. Het volume badwater is 50 cm × 15 cm × 150 cm ≈ 110 liter.

We nemen aan dat de temperatuur van het bad 50 ° C is en die van het water dat het huis binnenkomt 10 ° C. De warmtecapaciteit van water, die aangeeft hoeveel energie er nodig is om het op te warmen, is 4200 J per liter per ° C. Dus de energie die nodig is om het water met 40 ° C op te warmen is

4200 J/liter/°C × 110 liter × 40 °C ≈ 18 MJ ≈ 5 kWh.

Dus een bad nemen kost ongeveer 5 kWh. Ter vergelijking, douchen(30 liter) gebruikt ongeveer 1,4 kWh.

 

Waterkokers en kookplaten

Groot-Brittannië, dat een beschaafd land is, heeft een elektriciteitsvoorziening van 230 volt. Met dit aanbod kunnen we een waterkoker gebruiken om in een paar minuten meerdere liters water te koken. Dergelijke ketels hebben een vermogen van 3 kW. Waarom 3 kW? Omdat dit het grootste vermogen is dat een 230 volt stopcontact kan leveren met een stroomsterkte die onder het maximum van 13 ampère blijft. In landen waar de spanning 110 volt is, duurt het twee keer zo lang om een pot thee te zetten. Als een huishouden de waterkoker 20 minuten per dag gebruikt, is dat een gemiddeld stroomverbruik van 1 kWh per dag. (Ik zal de volgende paar dingen uitwerken “Per huishouden”, met 2 personen per huishouden.)

Eén kleine ring op een elektrische kookplaat heeft hetzelfde vermogen als een broodrooster:1 kW. Hoogvermogen-kookplaten leveren 2,3 kW. Als u twee ringen van het fornuis op volle kracht gebruikt gedurende een half uur per dag, dat komt overeen met 1,6 kWh per dag.

apparaat	vermogen	tijd per dag	energie per dag
Koken
– waterkoker	3 kW	1⁄3 h	1 kWh/d
– magnetron	1.4 kW	1⁄3 h	0.5 kWh/d
– kookplaat (rings)	3.3 kW	½ h	1.6 kWh/d
– electrische oven	3 kW	½ h	1.5 kWh/d
Cleaning
– wasmachine	2.5 kW		1 kWh/d
– wasdroger	2.5 kW	0.8 h	2 kWh/d
– droogkast drogen			0.5 kWh/d
– waslijn drogen			0 kWh/d
– vaatwasmachine	2.5 kW		1.5 kWh/d
Koelen
– ijskast	0.02 kW	24 h	0.5 kWh/d
– diepvries	0.09 kW	24 h	2.3 kWh/d
– air-conditioning	0.6 kW	1 h	0.6 kWh/d

Tabel 7.4 Energieverbruik per huishouden voor apparaten om te verwarmen en te koelen

Een magnetron heeft meestal zijn vermogen op de voorkant: de mijne zegt 900 W, maar hij verbruikt eigenlijk ongeveer 1,4 kW. Als u de magnetron 20 minuten per dag gebruikt, is dat 0,5 kWh per dag. Een gewone oven slurpt meer: ongeveer 3 kW wanneer hij vol aan staat. Als u de oven één uur per dag gebruikt, met de helft van de tijd op de maximale stand, is dat 1,5 kWh per dag.

Warme kleding en warme gerechten

Een vaatwasser, wasmachine, en wasdroger gebruiken allemaal een vermogen van ongeveer 2,5 kW tijdens het gebruik. Een wasmachine gebruikt ongeveer 80 liter water per lading, met energiekosten van ongeveer 1 kWh als de temperatuur is ingesteld op 40 ° C. Als we een droogkast gebruiken om kleding te drogen in plaats van een wasdroger, is nog steeds warmte vereist om het water te verdampen – ongeveer 1,5 kWh om een lading kleding te drogen, in plaats van 3 kWh. Als we al deze schattingen gerelateerd aan warm water gebruik optellen dan komen we gemakkelijk op ongeveer 12kWh per persoon per dag.

Warme lucht – thuis en op het werk

Is er meer energie nodig voor het maken van warm water en warm eten dan voor het verwarmen van onze gebouwen? Een manier om de hoeveelheid energie te schatten voor het verwarmen van een gebouw, is je voor te stellen om die met electrische kacheltjes te verwarmen, die hebben een vermogen dat we beter kennen. Het vermogen van een elektrische ventilatorkachel is 1 kW (24 kWh per dag). In de winter heeft u misschien een van deze apparaten per persoon nodig om warm te blijven. In de zomer geen. Dus we schatten dat gemiddeld een moderne persoon 12 kWh per dag moet gebruiken voor warme lucht. Maar de meeste mensen gebruiken meer dan ze nodig hebben, om meerdere kamers tegelijkertijd warm houden (keuken, wonenkamer, gang en badkamer). Dus een plausibel verbruik voor een warm huis is dan ongeveer het dubbele: 24 kWh per dag per persoon.

Het begeleidende technische hoofdstuk E van dit hoofdstuk bevat een meer gedetailleerd overzicht van waar de warmte in een gebouw naar toe gaat; dit model maakt het mogelijk de warmtebesparing te voorspellen van het  naar beneden te draaien van de thermostaat, dubbele beglazing in de ramen, enzovoort.

Buitenverwarming en andere luxe

Er is een groeiende trend om de buitenlucht te verwarmen met terrasverwarmers. Een typische terrasverwarmer heeft een vermogen van 15 kW. Dus als u zo’n apparaat een paar uur per avond gebruikt, dan kost u dat een extra 30 kWh per dag. Een meer bescheiden luxe is een elektrische deken. Een elektrische deken voor een tweepersoonsbed maakt gebruik van 140 W; het inschakelen van een uur kost 0,14 kWh.

Koeling

Koelkast en vriezer

We regelen niet alleen de temperatuur van het warme water en de hete lucht om ons heen, maar ook van de koelkasten die we in onze warme huizen zetten. Mijn koel-vriescombinatie, afgebeeld in figuur 7.3, verbruikt gemiddeld 18 W – dat is ongeveer 0,5 kWh / d.

Airconditioning

In landen waar de temperatuur boven de 30 ° C komt, wordt airconditioning gezien als een noodzaak en de energiekosten voor het leveren van die temperatuurcontrole kunnen groot zijn. Dit deel van het boek gaat echter over het Britse energieverbruik, en de Britse buitentemperaturen bieden weinig behoefte aan conditionering (figuur 7.8).

Een goedkope manier om airconditioning te krijgen, is een lucht-lucht warmtepomp. Een op het raam gemonteerde elektrische airconditioner voor een eenpersoonskamer gebruikt 0,6 kW elektriciteit en levert (door de warmtewisselaar) 2,6 kW koeling. Om te schatten hoeveel energie iemand in het VK zou kunnen verbruiken, nam ik aan dat zo’n airconditioner ongeveer 12 uur per dag wordt aangezet op 30 dagen van het jaar. Op een dag dat het is ingeschakeld, gebruikt zo’n airconditioner 7,2 kWh. Het gemiddelde verbruik over het hele jaar is 0,6 kWh / d. De inschatting van de energiekosten van koeling in dit hoofdstuk – 1 kWh / d per persoon – omvat deze airconditioning en een koelkast in huis. Voedsel dat onderweg is van het veld naar een winkelmandje wordt ook gekoeld. Ik schat de energiekosten van de voedselketen later, in hoofdstuk 15.

Total voor verwarming en koeling

Onze ruwe schatting van de totale energie die een persoon zou kunnen besteden aan verwarming en koeling thuis en op de werkplek, inclusief koken is 37 kWh / dag per persoon (12 voor warm water, 24 voor warme lucht en 1 voor koeling). Bewijs dat deze schatting de juiste orde van grote heeft, of misschien een beetje aan de lage kant zit, komt van mijn eigen binnenlandse gasverbruik, dat gedurende 12 jaar gemiddeld 40 kWh per dag (figuur 7.10) was. Op dat moment dacht ik dat ik een vrij zuinige verbruiker van verwarming, maar ik keek niet naar mijn feitelijke energieverbruik. Hoofdstuk 21 zal onthullen hoeveel energie ik heb bespaard toen ik aandacht begon te schenken aan mijn verbruik.

Omdat verwarming een groot onderdeel is van onze consumptie, laten we mijn ramingen controleren met een paar nationale statistieken.  Het gemiddelde verbruik voor ruimteverwarming, water en koken in het jaar 2000 was 21 kWh per dag per persoon en het verbruik in de dienstensector voor verwarming, catering en warm water was 8,5 kWh / d / p. Voor een schatting van verwarming op de werkplek, kijken we naar het gasverbruik van de universiteit van Cambridge in 2006-7 : 16 kWh / dag per medewerker. Het totaal van deze drie nummers, is een tweede schatting voor de nationale uitgaven voor verwarming 21 + 8,5 + 16 ≈ 45 kWh / d per persoon, indien Cambridge University een normale werkplek is. Goed, dat is geruststellend dicht bij onze eerste schatting van 37 kWh / d.

Aantekeningen en verdere lectuur

Een oven gebruikt 3 kW. Uiteraard is er een scala aan vermogens. Veel ovens hebben een maximaal vermogen van 1,8 kW of 2,2 kW. Top-of-the-line ovens kunnen zelfs 6 kW gebruiken. Bijvoorbeeld de Whirlpool AGB 487 / WP 4 heeft een 5,9 kW-oven en vier 2,3 kW-kookplaten. www.kcmltd.com/electric oven ranges.shtml www.1stforkitchens.co.uk/kitchenovens.html

Een droogkast heeft ruwweg 1,5 kWh nodig om een lading kleding te drogen. Ik werkte dit uit door mijn wasgoed te wegen: een lading kleding, 4 kg in droge toestand, kwam uit mijn Bosch-wasmachine met een gewicht van 2,2 kg meer (zelfs na een goede Duitse centrifuge). De energie nodig voor het verdampen van water bij 15 ° C is ruwweg 2500 kJ / kg. Om het dagelijkse cijfer in tabel 7.4 te krijgen, ging ik ervan uit dat iemand elke drie dagen de was doet en dat dit drogen tijdens de koude helft van het jaar warmte kost. (In de zomer, levert de droogkast een beetje air-conditioning, omdat het verdampende water de lucht in het huis koelt.)

Landelijk was het gemiddelde huishoudelijk verbruik 21 kWh / d / p; consumptie in de dienstensector was 8,5 kWh / d / p. Bron: Dept. of Trade and Industry (2002a)

In 2006-7 was het gasverbruik van Cambridge University 16 kWh / dag per medewerker. Het gas- en olieverbruik van de Universiteit van Cambridge (zonder de Colleges) was 76 GWh in 2006-7. Ik heb aangenomen dat de universiteit de werkplek van 13 300 mensen was (8602 personeelsleden en 4667 postuniversitaire onderzoekers). Het elektriciteitsverbruik was overigens 99,5 GWh. Bron: University utilities report.