wet van behoud van energie bij koelen in afgesloten ruimte

Willem stelde deze vraag op 03 oktober 2021 om 07:46.

 Hoe zit het met de wet van behoud van energie wanneer ik een koelkast gebruik in een afgesloten ruimte met de deur open?
de compressor gebruikt stroom om de warmte van de koelelementen af te geven aan de ruimte en koelt in ruil daarvoor de binnenkant van de koelkast. Maar met de deur open wordt de koeling meer dan gecompenseerd door de warmteontwikkeling via de achterkant. neemt de totale hoeveelheid aanwezige energie in de afgesloten ruimte dan nog altijd toe met de zelfde hoeveelheid als de elektriciteit die gebruikt wordt? en zo ja hoe werkt dat dan? Want wanneer je (elektrische) energie gebruikt om (warmte) energie te onttrekken wordt het totale energiesaldo toch lager?

Reacties

Jan van de Velde op 03 oktober 2021 om 08:47
dag Willem,

neemt de totale hoeveelheid aanwezige energie in de afgesloten ruimte dan nog altijd toe met de zelfde hoeveelheid als de elektriciteit die gebruikt wordt? 

 ja

Wat betreft die warmte uit de koelkast, die ben je alleen maar aan het verpompen: wat er aan de voorkant verdwijnt komt er aan de achterkant weer uit. 
Wat betreft die (elektrische) pomp: elk elektrisch apparaat dat je laat draaien produceert warmte. Een gewone waterpomp bijvoorbeeld ziet er daarom typisch zó uit:

Onder die kap aan de rechterkant draait een ventilator die rechtstreeks op de motoras is gemonteerd, en die blaast lucht langs die koelribben.
Een koelkastpomp (compressor) geeft zijn overtollige warmte deels af aan de koelvloeistof en de rest direct aan de omgeving. 

Wat er achter uit een koelkast komt is dus de optelsom van de aan de voorkant onttrokken warmte  en de door de pomp geproduceerde warmte. 

Dus maak een gat in de muur, en steek daar je koelkast in met de (open) deur naar buiten en de achterkant naar binnen, en je hebt een redneck warmtepomp** voor je huis. Veel efficiënter dan een elektrisch kacheltje, want voor elke 100 W aan elektrische energie krijg je nu niet alleen dié warmte, maar tevens een paar honderd watt aan warmte die aan de buitenlucht onttrokken wordt. 

Groet, Jan

**NB: voor wie zo gek zou zijn om dat werkelijk te gaan proberen, moderne koelkasten werken door de speciale koelvloeistoffen niet bij omgevingstemperaturen onder de 10oC, dus het zou zonde zijn van dat gat in de muur. 

Willem op 03 oktober 2021 om 09:19
Hallo Jan,

dus als ik het goed begrijp wordt de elektrische energie welke de compressor verbruikt tijdens het rondpompen van de koelvloeistof volledig ongezet in warmte en is het proces van warmtewisseling tussen de binnenkant en buitenkant van de koelkast feitelijk energieneutraal. Ik had al het vermoeden dat een koelkast feitelijk werkt volgens dezelfde principes als een warmtepomp(of andersom aangezien de koelkast er eerder was) en dat heb je nu bevestigd. Bedankt voor de snelle en duidelijke uitleg op deze zondagmorgen. 

Groet, 
Willem
Jan van de Velde op 03 oktober 2021 om 09:27

Willem

dus als ik het goed begrijp 

 dat doe je :) 
Warmte verpompen is analoog aan het verpompen van water van het ene vat naar het andere: je houdt evenveel water.

Groet, Jan

Theo de Klerk op 03 oktober 2021 om 09:43
ja, de pomp gebruikt zelf ook energie (wordt warm) dus de energievergelijking is

energie = energie uit stroomnet (levert) +  opwarming pomp (gebruikt)  + rondpompen koelvloeistof (gebruikt)  + opwarming koelvloeistof (gebruikt) 

Die laatste component is in het ideale geval de enige energiegebruiker. Door de omgeving wordt de vloeistof opgewarmd tot die omgevingstemperatuur. De koelkastconstructie is zo dat door de elektrische energie de vloeistof kan expanderen en daardoor afkoelt. Het is dan kouder dan de ongeving en kan warmte opnemen en de omgeving koelen. Aan de achterkant van de kast wordt de vloeistof weer samengedrukt en wordt dan heter dan de buitenomgeving en koelt zelf weer af. De vloeistof werkt dus als warmte transport: warmte in de kast opnemen en afvoeren en buiten de kast weer afstaan voordat de volgende hoeveelheid warmte wordt opgehaald uit de kast.
Dat rondpompen kost energie. Netto komt er energie bij. Netto wordt het dus warmer. Een open koelkast koelt van voren en neemt X energie op  maar warmt van achteren met energie X+Y op als Y  de energie uit het stopcontact is. Netto Y erbij.

De warmtepomp doet precies hetzelfde. De koelkast is buiten en wordt gekoeld. De afgenomen warmte wordt aan de achterkant (in huis) afgestaan. Buiten wordt het (overdreven gezegd) van -5 zelfs -6 graden. Dat levert Q = mafgekoelde buitenlucht c energie op (ΔT=1). Die energie doet binnen de temperatuur stijgen: ΔT = Q/(mopgewarmde binnenlucht c).
De warmtepomp maakt het buiten dus nog kouder. En binnen warmer. En de warmwordende pomp gebruikt de energie uit het stroomnet. Als die buiten staat dan warmt hij de buitenlucht een beetje op, als hij binnen staat verhoogt hij de binnentemperatuur nog een beetje meer.

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft eenendertig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)