Analyse Van Een Koelinstallatie

7/22/2019 Analyse Van Een Koelinstallatie

1/72

Technische wetenschappen Geel

Bachelor in de elektromechanica

Klimatisering

CAMPUS

Geel

Glenn Testelmans

Academiejaar 2008-2009

Analyse van een koelinstallatie

Onderzoek naar energiebesparende maatregelen


2/72

2

Voorwoord

De opdracht die ons voorgelegd werd op het stagebedrijf ligt volledig binnen het kadervan mijn vakgebied en interesse. Deze opdracht heeft me veel inzicht verworven in depraktische koeltechniek.

Om tot dit inzicht te komen wil ik enkele mensen bedanken. Allereerst bedank ik onzeexterne begeleider Laurent Van Werveke voor de inlichtingen over de praktischeinstallatie die we uitgedokterd hebben. Ten tweede wil ik Paul De Schepper bedankenwaarbij we met al onze theoretische vragen terecht konden. Onze interne begeleiderValre Neys heeft ons geholpen met de verbetering van de scriptie. Tot slot wil ik mijncollega Gert Smits bedanken die samen met mij deze stage-ervaring tot een goed eindeheeft gebracht.


3/72

3

Samenvatting

De vertreksituatie is een koelinstallatie die een zogenaamde chockcel op -35C moethouden. De oude compressor is hierbij dringend aan vervanging toe. We willen dezedus vervangen door een nieuwe, minder energieverslindende compressor. Hierbijkomen de volledige analyse, werking en verbeterpunten van de installatie aan bod.

Via temperatuurmetingen, selectiesoftware en berekeningen via het mollier-diagramkomen we tot belangrijke resultaten zoals het verbruik van de compressor en hetkoelvermogen bij wisselende omstandigheden. De praktische schemas verwerven onsook informatie over de opbouw van de installatie en het verbruik van deontdooiingsinstallatie.

We kunnen besluiten dat de motor die de oude compressor aandrijftovergedimensioneerd is zodanig dat hij onnodig veel energie verbruikt. Deze kanvervangen worden door een nieuwe of een reeks kleine in parallel geschakeldecompressoren. Dit wordt ten opzichte van elkaar afgewogen op het gebied van

investering, verbruik en onderhoud. Ook de ontdooiingsinstallatie van de luchtkoelers isenergieverslindend en vervangbaar door een persgasinstallatie. Er kan ook eenelektronisch expansieventiel in de plaats gesteld worden van het huidige thermostatischexpansieventiel. Tot slot kunnen nog kleinere maatregelen toegepast worden, die ooknog hun bijdrage tot energiebezuiniging kunnen leveren.


4/72

4

Inhoud

VOORWOORD ................................................................................................... 2SAMENVATTING ............................................................................................... 3LIJST VAN ILLUSTRATIES................................................................................. 6LIJST VAN TABELLEN ....................................................................................... 7INLEIDING ....................................................................................................... 81 VOORSTELLING VAN DE BEDRIJVEN .......................................................... 9

1.1 TECHNIGROUP ........................................................................................... 91.2 MORA ..................................................................................................... 91.3 BESCHRIJVING VAN DE OPDRACHT .................................................................. 10

2 BASISCOMPONENTEN IN HET KOELPROCES ............................................. 112.1 KOELMIDDEL ........................................................................................... 11

2.1.1 Koelmiddel algemeen en in onze installatie ........................................ 112.1.2 Aantasting van de ozonlaag.............................................................. 122.1.3 Broeikaseffect ................................................................................ 122.1.4 ODP en GWP .................................................................................. 122.1.5 Vergelijking R417A en R507A ........................................................... 13

2.2 VERDAMPER ............................................................................................ 132.2.1 Droge verdamper ............................................................................ 132.2.2 Natte verdamper ............................................................................ 14

2.3 COMPRESSOR .......................................................................................... 142.3.1 Zuigercompressor ........................................................................... 152.3.2 Roterende compressor ..................................................................... 16

2.4 CONDENSOR ........................................................................................... 192.4.1 Luchtgekoelde condensor ................................................................. 192.4.2 Watergekoelde condensor ................................................................ 19

2.5 EXPANSIEVENTIEL..................................................................................... 202.5.1 Thermostatisch expansieventiel met inwendige drukvereffening (TEVi) .. 202.5.2 Thermostatisch expansieventiel met uitwendige drukvereffening (TEVu) 212.5.3 Elektronisch expansieventiel (EEV) .................................................... 22

3 KOELCYCLUS IN HET LOG P/H-DIAGRAM ................................................. 233.1 ENTRAPSCOMPRESSIE ............................................................................... 233.2 TWEETRAPSCOMPRESSIE ............................................................................. 24

3.2.1 Open intercooler .......................................................................... 253.2.2 Closed intercooler ......................................................................... 263.2.3 Berekeningen via het log p/h-diagram ............................................... 27

4 BESCHRIJVING VAN DE HUIDIGE INSTALLATIE ....................................... 314.1 SCHEMA ................................................................................................ 314.2 COMPONENTEN ........................................................................................ 324.3 ONTDOOIING VAN DE VERDAMPERS ................................................................. 394.4 ALGEMENE WERKING .................................................................................. 404.5 DRAAIUREN VAN DE COMPRESSOR .................................................................. 41

5

VOORSTELLEN OM DE INSTALLATIE TE VERBETEREN ............................... 42

5.1 PERSGASONTDOOIING ................................................................................ 425.1.1 Beschrijving ................................................................................... 42


5/72

5

5.1.2 Werking ......................................................................................... 435.2 VERVANGEN VAN DE COMPRESSOR .................................................................. 44

5.2.1 Beschrijving van de bestaande compressor ........................................ 445.2.2 Beschrijving van de BITZER compressor ............................................ 445.2.3 Vergelijking met BITZER bij vaste condities ........................................ 465.2.4 Vergelijking met BITZER bij wisselende condities in theorie .................. 475.2.5 Vergelijking met BITZER bij wisselende condities via BITZER software ... 505.2.6 Invloed van allerhande factoren ........................................................ 525.2.7 Vergelijking van alle kosten .............................................................. 56

5.3 ELEKTRONISCH EXPANSIEVENTIEL................................................................... 585.4 ANDERE ENERGIEBESPARENDE MAATREGELEN ..................................................... 60

5.4.1 Onderhoud van de warmtewisselaars ................................................ 605.4.2 Isoleren van de leidingen en koelcel .................................................. 605.4.3 Benuttigen van de condensorwarmte ................................................. 615.4.4 Warmteontwikkeling in de koelcel beperken ....................................... 62

6 BESLUIT ................................................................................................... 637 LITERATUURLIJST .................................................................................... 648 BIJLAGEN ................................................................................................. 65

8.1 BIJLAGE 1: EIGENSCHAPPEN R417A ............................................................... 658.2 BIJLAGE 2: LOG P/H-DIAGRAM R507 .............................................................. 688.3 BIJLAGE 3:PRIJSOFFERTE MYCOM ................................................................ 698.4 BIJLAGE 4: DATASHEET MYCOM ................................................................... 718.5 BIJLAGE 5: DATASHEET BIJ VERSCHILLENDE CONDENSATIETEMPERATUREN ................... 72


6/72

6

Lijst van illustraties

Figuur 1: basiskringloop van een koelproces ......................................................... 11Figuur 2: afbraak ozonlaag door chlooratomen ..................................................... 12Figuur 3: verdamper .......................................................................................... 13Figuur 4: zuigercompressor ................................................................................ 16Figuur 5: scrollcompressor ................................................................................. 17Figuur 6: schroefcompressor .............................................................................. 17Figuur 7: tweetraps uitvoering van een centrifugaalcompressor .............................. 18Figuur 8: principe centrifugaalcompressor ............................................................ 18Figuur 9: condensor .......................................................................................... 19Figuur 10: dubbelpijpcondensor .......................................................................... 19Figuur 11: thermostatisch expansieventiel met inwendige drukvereffening ............... 21Figuur 12: thermostatisch expansieventiel met uitwendige drukvereffening .............. 21Figuur 13: elektronisch expansieventiel (EEV) ....................................................... 22Figuur 14: koelcyclus in het log p/h-diagram ........................................................ 23Figuur 15: principe tweetrapscompressie met "open intercooler" ............................. 25Figuur 16: principe tweetrapscompressie met "closed intercooler" ........................... 26Figuur 17: koelvermogen in het log p/h-diagram ................................................... 28Figuur 18: inputvermogen in het log p/h-diagram ................................................. 29Figuur 19: volumetrisch rendement bij zuigercompressoren ................................... 30Figuur 20: schema van de huidige installatie ........................................................ 31Figuur 21: aandrijfmotor en compressor .............................................................. 32Figuur 22: overbrengingsriem ............................................................................. 33Figuur 23: condensor ......................................................................................... 33Figuur 24: magneetkleppen ................................................................................ 34Figuur 25: kijkglas ............................................................................................ 34Figuur 26: filter ................................................................................................. 35Figuur 27: afsluiter/servicekraan ......................................................................... 35Figuur 28: schematische voorstelling tussenkoeler ................................................ 36Figuur 29: verschillende componenten ................................................................. 36Figuur 30: olieafscheider .................................................................................... 37Figuur 31: vloeistofafscheider ............................................................................. 37Figuur 32: pressostaat ....................................................................................... 38Figuur 33: manometers ..................................................................................... 38Figuur 34: pump-down regeling .......................................................................... 40Figuur 35: normaal bedrijf .................................................................................. 43Figuur 36: ontdooien van de bovenste verdamper ................................................. 43Figuur 37: BITZER type S6F-30.2Y ...................................................................... 44Figuur 38: werkgebied BITZER type S6F-30.2Y ..................................................... 45Figuur 39: grafiek gemiddelde buitentemperatuur 2008 ......................................... 47Figuur 40: vergelijking extrema in mollier ............................................................ 49Figuur 41: BITZER selectie-software .................................................................... 51Figuur 42: algemene vergelijking kosten .............................................................. 54Figuur 43: elektronisch expansieventiel (EEV) in een installatie ............................... 58Figuur 44: EEV type AKVA-20 ............................................................................. 59Figuur 45: isolatiematerialen .............................................................................. 60Figuur 46: warmteterugwinregeling ..................................................................... 61Figuur 47: warmteontwikkeling in de koelcel ........................................................ 62
http://plato/TW/S5050510/Thesis/gip.docx#_Toc231023715http://plato/TW/S5050510/Thesis/gip.docx#_Toc231023715http://plato/TW/S5050510/Thesis/gip.docx#_Toc231023716http://plato/TW/S5050510/Thesis/gip.docx#_Toc231023716http://plato/TW/S5050510/Thesis/gip.docx#_Toc231023722http://plato/TW/S5050510/Thesis/gip.docx#_Toc231023722http://plato/TW/S5050510/Thesis/gip.docx#_Toc231023723http://plato/TW/S5050510/Thesis/gip.docx#_Toc231023723http://plato/TW/S5050510/Thesis/gip.docx#_Toc231023723http://plato/TW/S5050510/Thesis/gip.docx#_Toc231023722http://plato/TW/S5050510/Thesis/gip.docx#_Toc231023716http://plato/TW/S5050510/Thesis/gip.docx#_Toc231023715


7/72

7

Lijst van tabellen

Tabel 1: vergelijking R417A en 507A ................................................................... 13Tabel 2: invloed van verliezen op het inputvermogen ............................................ 29Tabel 3: draaiuren compressor ........................................................................... 41Tabel 4: energetische vergelijking MYCOM - BITZER .............................................. 46Tabel 5: gemiddelde buitentemperaturen 2008 ..................................................... 47Tabel 6: condensatietemperaturen bij de gemiddelde buitentemperatuur ................. 48Tabel 7: inputvermogen MYCOM ......................................................................... 48Tabel 8: extrema van 2008 ................................................................................ 49Tabel 9: inputvermogen BITZER.......................................................................... 51Tabel 10: invloed van verschillende factoren op de vermogens ............................... 53Tabel 11: economische vergelijking MYCOM - BITZER ............................................ 54Tabel 12: totale winst jaar 1 ............................................................................... 56Tabel 13: totale winst jaar 2 ............................................................................... 56Tabel 14: totale winst jaar 3 ............................................................................... 56Tabel 15: selectie EEV Danfoss ........................................................................... 59


8/72

8

Inleiding

Waaruit bestaat een volledige koelinstallatie? Hoe werkt het en welke maatregelenkunnen we treffen om energie te besparen? Op deze vragen en meer kan deze thesiseen antwoord bieden.

Elektriciteit is tegenwoordig een dure maar onmisbare vorm van energie.Koelinstallaties verbruiken veel energie waardoor het niet onlogisch is omenergiebesparende maatregelen te treffen. Bovendien is de oude compressor dringendaan vervanging toe.

Ten eerste bespreken we de onderdelen en werking van een basiskoelinstallatie.Vervolgens volgt de uitbreiding van deze basiskoelinstallatie naar de installatie in depraktijk op ons stagebedrijf. Ten slotte komen de energiebesparende maatregelen aanbod met inbegrip van vervanging van de compressor.


9/72

9

1 Voorstelling van de bedrijven

Technigroup doet al jarenlang onderhoud aan de koelinstallaties bij het voedingsbedrijfMora in Mol. Via Technigroup zijn we dan ook betrokken geraakt bij het bedrijf Mora.Daar staat de installatie die betrekking heeft op ons eindwerk.Hieronder volgt een bondige beschrijving van beide bedrijven.

1.1 Technigroup

Technigroup ontwerpt, bouwt en plaatst koelsystemen voor de meest diversetoepassingen. Het bedrijf is gelegen in Herentals.

Koelen van warmteproducerende machines en industrile processen Conditionering van lokalen, werkplaatsen, industriehallen, HVAC van ruimtes in zones met ontploffingsgevaar Koel- en vriesinstallaties voor cellen en opslagplaatsen

1.2 Mora

Vanuit de slagerij van zijn vader bracht Marcel Mourmans met de brommer z'nkroketten en loempia's naar verschillende cafetaria's in Maastricht. Dat verliep zovoortvarend dat hij samen met zijn vrouw, Robby Ramaekers, het bedrijf Moraoprichtte.

Mora is een samenvoeging van Mo van Mourmans en Ra van Ramaekers. Al snel werdde slagerij te klein, en in 1972 was de omvang van het bedrijf zo groot dat er eenmoderne snackfabriek in Maastricht werd gebouwd. In diezelfde fabriek wordt vandaagde dag de grootst mogelijke zorg besteed aan de bereiding van allerlei overheerlijkesnacks.

In de jaren 90 zocht Marcel Mourmans een overnamepartner voor zijn bedrijf.

Mourmans was erg betrokken bij zijn personeelsleden en wilde dat zij een gezondetoekomst tegemoet zouden gaan. Uiteindelijk verkocht hij Mora aan Unilever. Mora is in1995 overgegaan en maakt tot begin 2006 deel uit van Unilever Icecream and FrozenFood.

In maart 2006 hebben Unilever en snackproducent Ad van Geloven een definitieveovereenkomst gesloten voor de verkoop van Mora. Met de aankoop van Mora creertAd van Geloven een omvang die haar een sterke positie geeft op de Nederlandse enBelgische Snackmarkt. De fabrieken van Mora staan in Maastricht en in het Belgischeplaatsje Mol.


10/72

10

1.3 Beschrijving van de opdracht

Mora is een bedrijf met een zeer hoog elektriciteitsverbruik omwille van verscheidenegrote koelinstallaties. Vroeger werd elke installatie uitgerust met een grotezuigercompressor van het type MYCOM. Na verloop van tijd zijn deze bijna allemaalvervangen door vier, in parallel geschakelde, kleinere centrifugaalcompressoren van het

type BITZER. De cel die wij gaan analyseren wordt nog via een MYCOM compressorgekoeld. Deze is reeds 21 jaar oud en de krukas is al vervangen geweest. Vanuit Morakwam dan ook de vraag aan Technigroup om deze compressor al dan niet te vervangendoor vier BITZERs en of deze nu beter zijn op het gebied van energieverbruik enonderhoud. BITZER is n van de gestandaardiseerde merken waar Technigroup meewerkt. Naast het vervangen van de compressor als hoofdzaak kwam er ook de vraag ofhet al dan niet mogelijk is om energiebesparende maatregelen te treffen omelektriciteit te besparen. Dit is van toepassing op heel de installatie, inclusief de koelcelzelf.

Onze opdracht bestaat er dus in om deze koelinstallatie volledig te analyseren,waardoor later verschillende aspecten aan bod komen om een verbetering van deinstallatie (met oog op energiebesparing) te verkrijgen. Mogelijk zou dus ook de huidigecompressor vervangen kunnen worden door een nieuwe MYCOM of door een reeks incascade geschakelde BITZER compressoren. Dit zullen we moeten afwegen ten opzichtevan elkaar als we later alle gegevens hebben die aangeven hoeveel beide compressorenkosten aan onderhoud en energieverbruik.


11/72

11

2 Basiscomponenten in het koelproces

In onderstaande figuur is het basisschema gegeven van een koelproces met de vierhoofdzakelijke componenten. We hebben geopteerd om eerst de belangrijkstebasiscomponenten uit te leggen van het koelproces. Omdat deze componenten de basis

vormen van het koelproces is het uitermate belangrijk deze componenten eerst tebegrijpen.

Figuur 1: basiskringloop van een koelproces

2.1 Koelmiddel

Hieronder werken we een hoofdstuk over koelmiddelen uit. We hebben gekozen omkoelmiddelen wat meer toe te lichten omdat het een thema is dat de laatste jaren aanbelang heeft gewonnen. Koelmiddelen worden dezer dagen zorgvuldig geselecteerd aande hand van hun capaciteiten, maar ook aan hoe onschadelijk ze zijn voor het milieu.

2.1.1 Koelmiddel algemeen en in onze installatie

Het koelmiddel is het transportmiddel van warmte in de installatie. Een koelmiddel kansnel wisselen tussen een vloeibare vorm en gas en neemt daarbij warmte op of staathet af. In de koelcyclus wordt van deze eigenschap altijd gebruik gemaakt. Hetkoudemiddel heeft altijd een laag kookpunt zodanig dat het kan verdampen bij een lagetemperatuur. In de bijlage zijn de specificaties van het koelmiddel R417a of R22weergegeven. Dit koelmiddel is ook aanwezig in de huidige installatie. Bij de kleinereBITZER compressoren wordt gebruikt gemaakt van het koudemiddel R507A.


12/72

12

2.1.2 Aantasting van de ozonlaag

Koelmiddelen hebben doorheen de tijd heel wataanpassingen ondergaan. Deze aanpassingen moestengebeuren omdat Amerikaanse wetenschappersontdekt hadden, in 1960, dat de ozonlaag afnam doorde chlooratomen die vrijkwamen bij afbraak van CFKs(chloorfluorkoolwaterstoffen). CFKs werden jarenlangals het wondermiddel in de koeltechniek beschouwden werden nu afgeschilderd als een tijdbom die allevoortbestaan van het leven trachtten te bedreigen.Deze theorie werd ook nog bevestigd door onderzoekvanuit de ruimte. Na deze schokkende ontdekkingwerden alle middelen ingezet voor de ontwikkelingvan een koelmiddel dat minder chloor bevatte. Zo

zagen de HCFKs hun levenslicht. Men spreekt overHCFKs als er nog een waterstofatoom wordttoegevoegd aan CFKs. Maar ook deze HCFKsbevatten nog steeds chlooratomen en daaromwerden de HFKs (gehalogeneerde koolwaterstoffen) ontwikkeld, welke geenchlooratomen meer bevatten.

2.1.3 Broeikaseffect

Naast de ozonkwestie kwam nog een 2de probleem om de hoek kijken, namelijk hetopwarmen van de atmosfeer, beter bekent als het broeikaseffect. Het broeikaseffect

werkt als volgt: de aarde ontvangt warmte van de zon in de vorm van straling, eendeel van deze straling wordt door onze aarde opgevangen en een deel wordt teruggekaatst, de teruggekaatste straling zal door broeikasgassen voor een deel teruggereflecteerd worden naar de aarde waardoor de aarde sneller zal opwarmen.Koelmiddelen dragen ook bij tot dit broeikaseffect.

2.1.4 ODP en GWP

Er werd onderzoek gedaan naar de mate waarin gassen de ozonlaag aantasten ennaarmate de gassen mee werken aan het broeikaseffect. De mate waarin een gas deozonlaag aantast, wordt vergeleken met de mate waarin het koudemiddel R11 de

ozonlaag aantast.Deze factor noemen wij het ozon aantastend vermogen of Ozon Depletion Potential(ODP). De ODP van R11 is 1. Een koudemiddel met een ODP van 0,6 is 6 keerschadelijker als R11.De mate waarin een gas het broeikaseffect bevordert, noemen wij Global WarmingPotential (GWP). De GWP van gassen wordt ook vergeleken met R11 (GWP van R11=1)soms wordt ook de vergelijking gemaakt met CO2 (GWP van CO2=1). In vergelijkendelijsten wordt altijd weergegeven welk referentiegas van toepassing is.

Figuur 2: afbraak ozonlaagdoor chlooratomen


13/72

13

2.1.5 Vergelijking R417A en R507A

In onderstaande tabel maken we een vergelijking van beide koelmiddelen gebruikt bijMora. Dit zijn de standaard koelmiddelen die Technigroup gebruikt in hun installaties.

Tabel 1: vergelijking R417A en 507A

R417A R507ASamenstelling R125, R134a, R600 HFC143, HFC125

Kookpunt (1,013 bar) (C) -41,8 -47,1

Kritische temperatuur (C) 87,1 70,9

Kritische druk (bar) 40,39 37,92

ODP 0 0

GWP 0,425 0,35

In bijlage 1 vinden we meer informatie over de eigenschappen van R417. In bijlage 2staat meer informatie over het koelmiddel R507. Het log p/h-diagram hebben we nodigom later berekeningen op de installatie uit te voeren.

2.2 Verdamper

De verdamper, waarvan we hiernaast een voorbeeld zien, onttrekt warmte uit de tekoelen ruimte. Hij wordt dus altijd in dekoelcel geplaatst. Het is eenwarmtewisselaar die door middel vaneen ventilator de warmte in de ruimteonttrekt.Het vloeibaar koelmiddel zal bij eengewenste lage temperatuur indampvorm overgaan waarbij de nodige

verdampingswarmte onttrokken wordtvan de te koelen ruimte.Er zijn 2 soorten verdampers:

Droge verdampers Natte verdampers

2.2.1 Droge verdamper

Bij droge verdampers is de hoeveelheid koudemiddel die er aan toegevoerd wordt ophet einde van de verdamper helemaal overgegaan in dampvorm.

De voordelen van een droge verdamper zijn:

kleine vloeistofinhoud; geen behoefte aan een vloeistofafscheider; geen extra voorzieningen nodig voor de olieterugvoer.

De nadelen zijn echter:

het expansieventiel moet ervoor zorgen dat geen vloeistof de verdamper verlaat

en dit geeft in de praktijk soms problemen;

Figuur 3: verdamper


14/72

14

in het gedeelte waar de damp wordt oververhit1 is er een minder goedewarmteoverdracht waardoor de U-factor kleiner wordt.

2.2.2 Natte verdamper

Bij natte verdamping is, in tegenstelling tot droge verdamping, een mengsel vanvloeistof en damp aanwezig na het verlaten van de verdamper. Deze verdampersmoeten daardoor altijd met een vloeistofafscheider voorzien zijn.

Het koudemiddel kan door de verdamper circuleren door natuurlijke of geforceerdecirculatie. Indien meerdere verdampers parallel geschakeld staan is het mogelijk datnatuurlijke circulatie niet meer mogelijk is. Dit komt omwille van de grotere lengtes vande leidingen waardoor een grotere stromingsweerstand verkregen wordt. Er wordt danpompcirculatie toegepast vanuit een centraal opgestelde vloeistofafscheider.

De voordelen van een natte verdamper zijn:

de U-factor is groter omdat er geen oververhitting is; de toevoer van de hoeveelheid vloeistof naar de verdamper moet niet zo

nauwkeurig gebeuren als bij droge verdampers;

De nadelen zijn:

grotere vloeistofinhoud; een vloeistofafscheider is noodzakelijk; vaak is een vloeistofpomp nodig om voldoende circulatie te verkrijgen; speciale voorzieningen zijn nodig voor de olieterugvoer te garanderen.

2.3 Compressor

De belangrijkste taak van de compressor is het onderhouden van een lage druk in deverdamper en een hoge druk in de condensor. Alleen hierdoor is het mogelijk een lagetemperatuur in de verdamper en een hoge temperatuur in de condensor te krijgen.Door dit drukverschil is het mogelijk warmte uit een koele ruimte te halen en deze ineen veel warmere ruimte weer af te voeren.

De tweede taak van de compressor is het rondpompen van het koelmiddel in hetkoelcircuit. Afhankelijk van de benodigde koelcapaciteit moet er per tijdseenheid eenbepaalde hoeveelheid koelmiddel rondgepompt worden. Hierbij moeten alledrukverliezen in het systeem overwonnen worden.

De compressor is praktisch het enige onderdeel dat energie vraagt en bepaalt dus hetenergieverbruik.

De compressoren kunnen, wat de aandrijving betreft onderverdeeld worden in:

open compressoren; semi-hermetische compressoren; hermetische compressoren.

Er kan ook een elektronisch expansieventiel in de plaats gesteld worden van hethuidige thermostatisch expansieventiel. Tot slot kunnen nog kleinere maatregelentoegepast worden, die ook nog hun bijdrage tot energiebezuiniging kunnen leveren. 1Zie hoofdstuk 3: Koelcyclus in het log p/h-diagram


15/72

15

In onze installatie hebben we te maken met open en semi-hermetische compressoren,waar we verder meer uitleg over geven.

Open compressoren worden aangedreven door een afzonderlijke krachtbron. Door dedoorgaande krukas moet de open compressor voorzien zijn van een goede asafdichting.Dit type van compressor wordt vaak gebruikt bij grote vriesinstallaties.

Indien de elektromotor en het compressorgedeelte zich in 1 demontabel huis bevindenspreken we over een semi-hermetische compressor. De kwetsbare asafdichting die deopen compressor had komt hier te vervallen. Het grote voordeel van de semi-hermetische compressor is het demontabel huis, zodat bij eventuele reparaties alleonderdelen toegankelijk zijn. De semi-hermetische compressor kan overal toegepastworden.

Ten slotte hebben we de hermetisch gesloten compressor. Hier bevinden zich deelektromotor en het compressorgedeelte in n niet-demontabel huis. Dit type vancompressor wordt vaak gebruikt in installaties met een heel klein vermogen.

We zetten hieronder de voor- en nadelen van de open en hermetische uitvoering nogeens op een rijtje.

Open:

krachtbron naar keuze; geen motorschade bij vocht in het koelmiddel of onvoldoende circulatie van het

koelmiddel; aanpassing van het toerental mogelijk.

(Semi-)hermetisch:

geen afdichten van de as, dus geen lekkage of stijl; geen uitlijningsproblemen met de aandrijving; lagere geluidsproductie; compactere bouw.

Er zijn verschillende soorten compressoren op de markt. In hoofdzaak kunnen we decompressoren wel opdelen in 2 hoofdgroepen: de zuigercompressoren en de roterendecompressoren.

2.3.1 Zuigercompressor

De huidige installatie op Mora is een open drive zuigercompressor zodanig dat we hierdieper op ingaan dan bij andere soorten compressoren. Een zuiger, die door een krukasop en neer wordt bewogen in een cilinder, vergroot en verkleint achtereenvolgens deruimte in de cilinder. Bij de neergaande slag daalt de druk in de cilinder. Wanneer dedruk in de cilinder lager wordt dan de druk in de verdamper, opent de zuigklep enwordt gas uit de verdamper in de cilinder gezogen. In tegenstelling tot hetgeen bijverbrandingsmotoren gebeurt worden de kleppen niet mechanisch bewogen door eennokkenas. De kleppen zijn in wezen stalen veren die door het drukverschil automatischopengezogen of dichtgedrukt worden.

Wanneer de zuiger, na het bereiken van het onderste dode punt (ODP), weer omhoog

gaat, stijgt de druk in de cilinder, waardoor de zuigklep gesloten wordt. Zodra de drukin de cilinder hoger is dan de druk in de condensor, opent de persklep en wordt hetgasvormig koelmiddel naar de condensor geperst.


16/72

16

De hoeveelheid koelmiddel, die op die manier wordt verplaatst, hangt af van devolgende factoren:

de cilinderinhoud of het slagvolume het toerental het verschil in druk tussen de zuig- en de perszijde

Individuele verschillen tussen compressoren treden op door lekkage van dekleppen,drukverliezen bij stromen in de doorlaat van de klep en de invloed van de schadelijkeruimte. De schadelijke ruimte is de ruimte die in de cilinder overblijft wanneer de zuigerin de bovenste dode stand staat. (BDP)

Figuur 4: zuigercompressor

2.3.2 Roterende compressor

De roterende compressoren kunnen in 3 verschillende soorten onderverdeeld worden:

- scrollcompressor

- schroefcompressor- centrifugaalcompressor

2.3.2.1 Scrollcompressor

De scroll- of spiraalcompressor bestaat uit 2 in elkaar gewonden spiralen. De enespiraal is vast terwijl de andere cirkelvormige bewegingen maakt. Het voordeel vandeze compressor t.o.v. de zuigercompressor is dat er weinig bewegende delen zijn endat ze ongevoelig zijn voor het aanzuigen van vloeistoffen. Er is ook geen schadelijkeruimte meer zodat de interne warmtewisseling verminderd en de koudefactor dusvergroot. De scrollcompressor wordt enkel als hermetisch gesloten compressor

aangeboden, tot een koelvermogen van ongeveer 45 kW.


17/72

17

Figuur 5: scrollcompressor

2.3.2.2 Schroefcompressor

De schroefcompressor bestaat uit een achtvormig huis waarin 2 rotoren integengestelde richting draaien.

Figuur 6: schroefcompressor

Bij de schroefcompressor ontbreken de schadelijke ruimte en de drukverliezen in dezuig- en perskleppen. De vermindering van de volumestroom bij groteredrukverschillen is daardoor aanzienlijk kleiner dan bij een zuigercompressor.


18/72

18

2.3.2.3 Centr ifugaalcompressor

Figuur 7: tweetraps uitvoering van een centrifugaalcompressor

De centrifugaal compressor is een radiale turbine. In de waaier van de compressorvindt de eerste drukverhoging plaats als gevolg van de centrifugaal werking. Bovendienwordt de aangezogen damp in de waaier op een bepaalde snelheid gebracht. De

hiermee opgewekte kinetische energie wordt vervolgens in het zogenaamd slakkenhuisomgezet in drukenergie, waardoor de tweede drukverhoging ontstaat. De totale druk isde som van deze twee drukverhogingen. Doordat het gas de omtrek van de waaierverlaat, ontstaat een onderdruk in het hart van de waaier. Hierdoor wordt nieuw gasaangezogen. Traditioneel zijn centrifugaalcompressoren alleen voor zeer grotekoelvermogens. Dankzij nieuwe technologie zijn er nu ook waterkoelmachines met dittype compressor in koelvermogens vanaf circa 500 kW, die een zeer interessantalternatief zijn voor de koelmachines met schroefcompressor.

Figuur 8: principe centrifugaalcompressor


19/72

19

2.4 Condensor

Dit is eveneens als de verdamper eenwarmtewisselaar met een ventilator. Het enigeverschil is nu dat de condensor buiten geplaatstwordt om de warmte af te voeren. Hierin wordt

de samengedrukte damp van het koelmiddelopnieuw tot vloeistof gecondenseerd.Om de warmteafgifte aan de lucht mogelijk te

maken, moet er een voldoendetemperatuursverschil aanwezig zijn tussen hetkoudemiddel en de lucht.Er zijn twee mogelijkheden waaraan de condensor zijn warmte kwijt kan: lucht enwater. Daarmee kunnen we de condensors indelen in watergekoelde en luchtgekoeldecondensors.

2.4.1 Luchtgekoelde condensor

De warmtewisselaar van een luchtgekoelde condensor bestaat uit een aantal rijenpijpen waarop lamellen zijn gemonteerd om oppervlaktevergroting te verkrijgen.Belangrijk voor een luchtgekoelde condensor is de plaatsing ervan. Er moet eenongehinderde toevoer van lucht zijn zodat de condensor zijn warmte goed kwijt kan.Dit gebeurd meestal door een of meerdere ventilatoren. Alleen in huishoudkoelkastenhebben we voldoende overdracht door natuurlijke circulatie. In Mora wordt met ditsoort condensors gewerkt.

2.4.2 Watergekoelde condensor

Bij watergekoelde condensors wordt het koudemiddel gekoeld door gebruik te makenvan water. Er zijn verschillende toepassingen van een watergekoelde condensor. Envoorbeeld hiervan is de dubbelpijpcondensor.

In de figuur hierboven is duidelijk te zien hoe het water de warmte zal onttrekken aanhet koudemiddel. Het water zal ook in tegenstroom worden ingespoten om een beterewarmteoverdracht te verkrijgen.

Figuur 9: condensor

Figuur 10: dubbelpijpcondensor


20/72

20

2.5 Expansieventiel

Dit ventiel is een zeer belangrijk onderdeel van de installatie. Ze bestaan in tweehoofdsoorten: thermostatisch en elektronisch. Het thermostatisch ventiel kan nog eensonderverdeeld worden in een ventiel met inwendige of uitwendige drukvereffening.Hieronder treden we dieper in op al deze soorten.

Het expansieventiel heeft als eerste doel om het weer vloeibare koelmiddel teexpanderen en zodanig een bepaalde drukverlaging te creren.

Ten tweede moet dit ventiel ook de hoeveelheid vloeibaar koelmiddel naar deverdamper regelen zodat er niet teveel of te weinig koelmiddel naar de verdamper gaat.Teveel koelmiddel in de verdamper betekent dat de verdamper dit niet allemaal kanverwerken zodat er in de compressor mogelijk vloeistofslag optreedt, wat beslistvermeden moet worden. Anderzijds kan te weinig koelmiddel ervoor zorgen dat deverdamper niet optimaal benut wordt zodanig dat er een rendementsdaling optreedt.

2.5.1 Thermostatisch expansieventiel met inwendige drukvereffening (TEVi)

Het vloeibaar koelmiddel komt van de condensor het ventiel binnen en zal via deregelklep naar de verdamper stromen. De hoeveelheid vloeistof die naar de verdamperstroomt wordt bepaald door de stand van de regelklep ten opzichte van de klepzitting.Om deze stand en daarmee ook de hoeveelheid te regelen is de klepsteel verbondenmet een membraan. Boven het membraan staat de druk die behoort bij het thermo-element. Dit element bestaat uit een voeler met een capillaire leiding die gevuld is meteen verzadigde damp, waarvan de druk bepaald wordt door de temperatuur die devoeler meet. Deze druk staat dus boven het membraan en zal op het membraan eenkracht naar beneden uitoefenen en de klep willen openen.

Aan de onderzijde van het membraan staat de verdamperdruk en de spanning van deinstelveer. Deze veroorzaken een kracht naar boven, waardoor de klep wil sluiten. Bijeen bepaalde temperatuur van de voeler en een bepaalde verdamperdruk zal er daneen evenwicht zijn tussen deze twee tegengestelde krachten. De klep zal dan in eenstand staan, die kan variren van dicht tot vol open.

Bij stijgende temperatuur van de damp in het thermo-element zal de druk boven hetmembraam ook stijgen, waardoor de kracht naar beneden groter wordt. Hierdoor zal deklep verder openen. Bij daling van de temperatuur zal de druk boven het membraandalen, waardoor de klep weer gaat sluiten.

De voeler wordt altijd aan het einde van de verdamper gemonteerd.


21/72

21

Figuur 11: thermostatisch expansieventiel met inwendige drukvereffening

2.5.2 Thermostatisch expansieventiel met uitwendige drukvereffening (TEVu)

Bij deze constructie heeft de drukval over de verdamper geen invloed op deregelcapaciteit van het ventiel of op de verdamper. Boven het membraan wordt de drukveroorzaakt door de voelertemperatuur gemeten. Onder het membraan wordt de drukdirect na de verdamper gemeten samen met de veerdruk. Deze twee leidingen zien weook getekend op het schema. Als er bijvoorbeeld teveel koudemiddel in de verdampertoegelaten wordt, zal de temperatuur op het einde van de verdamper lager zijn.

De voeler meet dit en geeft overeenkomstig een lagere druk aan de bovenzijde van het

membraan, zodat dit membraan naar boven trekt zodat de klep meer sluit. Bij teweinig koelmiddel kunnen we op een analoge manier te werk gaan.

Figuur 12: thermostatisch expansieventiel met uitwendige drukvereffening


22/72

22

2.5.3 Elektronisch expansieventiel (EEV)

Bij een TEV is de instelling van de oververhitting niet bij alle temperaturen gelijk. Ermoet ook altijd een minimale condensordruk aanwezig zijn om goed te kunnenfunctioneren. Een EEV biedt een oplossing aan deze problemen.

Een EEV meet de verdamperdruk en eindtemperatuur en is daardoor niet afhankelijkvan dampdruk in een balg en veerdruk onder een membraan. Elektronisch wordt hetverschil tussen deze twee waarden constant gehouden waardoor er een constanteoververhitting is in het hele regelgebied. Het elektronisch ventiel heeft verder eengroter regelbereik. Het drukverschil tussen verdamper en condensor is daardoor minderbelangrijk zodat de condensor langer de temperatuur van de buitenlucht kan volgen.Op jaarbasis kan het elektronisch ventiel ten opzichte van het thermostatisch ventieleen besparing van 15 tot 20% opleveren.

Omdat de expansie in een EEV niet plaats vindt over een veerbelast naaldklepje, kan zewerken met een lagere condensordruk.

De EEV biedt dus twee belangrijke voordelen:

1. Er kan meer warmte worden afgevoerd (groter koelvermogen)2. Compressor moet minder druk leveren

Het nadeel is dat het inspuitventiel van een EEV met een servomotor moet wordenaangedreven.

Figuur 13: elektronisch expansieventiel (EEV)


23/72

23

3 Koelcyclus in het log p/h-diagram

In hoofdstuk 3 gaan we het meer hebben over de theoretische cyclus van eenkoelinstallatie. Bij Mora wordt, door de grote drukken die aanwezig zijn in de installatie,gebruik gemaakt van tweetrapscompressoren. Daarom gaan we in dit hoofdstuk hierook meer aandacht aan besteden.

3.1 Entrapscompressie

Eerst leggen we de ntrapscompressie uit, zoals deze te zien is in onderstaande figuur.Dit is de meeste eenvoudige cyclus in de koeltechniek. Doordat we eerst dentrapscompressie uitleggen komen we in aanraking met enkele begrippen die ook bijde tweetrapscompressie aan bod gaan komen.

Figuur 14: koelcyclus in het log p/h-diagram

Om het basisprincipe duidelijk maken leggen we eerst de werking van een theoretischekoelcyclus met eentrapscompressie uit. Dit wil zeggen dat de compressor in n tijd hetdrukverschil kan overwinnen.

Bovenstaande figuur geeft de werking van de koelcyclus weer. Elk punt in dit diagramgeeft het verband weer tussen de enthalpie en de druk van het koelmiddel.

Bij 1 treedt het vloeibare koelmiddel de verdamper binnen. De verdamper zal warmteonttrekken uit de ruimte zodat het koelmiddel verdampt bij constante druk. Bij 2-2 kanmen oververhitting toepassen om zeker te zijn dat al het koelmiddel verdampt iszodanig dat men geen vloeistofslag in compressor bekomt.

Bij 2-3 krijgt men een adiabatische compressie. Dit wil zeggen dat er geen warmteuitgewisseld wordt met de omgeving. Dit is in de praktijk niet haalbaar zodat de curvemeer naar rechts zal buigen. 3-3 is dan de oververhitting die men na compressieverkrijgt.

In 3-4 wordt het gasvormig koelmiddel gecondenseerd in de condensor bij constante

druk waarbij het koelmiddel zo zijn warmte afgeeft aan de buitenomgeving. Deonderkoeling 4-4 heeft als doel geen gasbellen te vormen in de vloeistofleiding zodateen groter drukverlies of hoogteverschil tussen verdamper en condensor kan worden


24/72

24

overwonnen. Onderkoeling vermijd dus dat reeds voor de expansieklep verdamping kanoptreden. Aan de andere kant vergroot het koeleffect bij gelijkblijvendcompressorenergieverbruik. Het koeleffect is het aantal kJ dat per kg koelmiddel in deverdamper wordt opgenomen. Het koeleffect is nu i1-i2 en zonder onderkoeling zou diti4-i2 bedragen. Dit gebied is merkelijk kleiner dus heeft het een kleiner koeleffect.

Ten slotte zal het expansieventiel verantwoordelijk zijn voor de isenthalpe expansie 4-1van het vloeibare koelmiddel. Zo zijn we terug aan de verdamper gekomen en is decyclus rond.

3.2 Tweetrapscompressie

Bij grote drukverschillen tussen verdamper en condensor kan de temperatuur nacompressie een hoge waarde bereiken. Er bestaat dan gevaar voor kromtrekken van dekleppen, kraken van de smeerolie of ontleding van het koelmiddel. Maar ook andereoorzaken, zoals het lage volumetrisch rendement bij hoge drukverhoudingen zodat deCOP-factor kleiner wordt, kunnen ertoe leiden dat de compressie in twee of meer

trappen moet worden uitgevoerd.In onze installatie op Mora wordt door deze redenen uitsluitend tweetrapscompressiegebruikt.

We onderscheiden hierin twee belangrijke uitvoeringen: tweetrapscompressie met openof met gesloten tussenkoeling. Dit geeft een verschil in het log p/h-diagram en ook quauitvoering. Dit zal op de volgende paginas verder verduidelijkt worden.Op Mora gebruiken we een gesloten tussenkoeler of closed intercooler.


25/72

25

3.2.1 Open intercooler

Figuur 15: principe tweetrapscompressie met "open intercooler"

Het proces wordt hieronder beschreven in verschillende stappen.

1-2 Compressie van de eerste of lage trap2-3 Afkoeling van de hete persgassen door de open intercooler of tussenkoeler3-4 Compressie van de tweede of hoge trap4-5 Condenseren van het koelmiddel door de condensor5-6 Expansie van de tweede trap6-7 Condensatie van de midden- of tussentrap tot op de vloeistoflijn (tussenkoeler)7-8 Expansie van de lage trap

8-1 Verdampen van het koelmiddel door de verdamper


26/72

26

3.2.2 Closed intercooler

Figuur 16: principe tweetrapscompressie met "closed intercooler"

Bij deze tussenkoeler is een warmtewisselaar aanwezig die zorgt voor een onderkoeling.Deze onderkoeling is des te groter wanneer het rendement van de warmtewisselaargroter is. Het proces wordt hieronder weergegeven.

1-2 Compressie van de lage trap2-3 Afkoeling van de hete persgassen door de uitgang van de warmtewisselaar (9)3-4 Compressie van de hoge trap4-5 Condensatie van het koelmiddel door de condensor5-6 Expansie van het koelmiddel naar de middentrap door een expansieventiel

6-9 Verdampen van de vloeistof door de tussenkoeler210-7 Onderkoeling van de vloeistof in de tussenkoeler7-8 Expansie van de vloeistof door het expansieventiel8-1 Verdampen van de vloeistof door de verdamper

De warmtewisselaar onttrekt dus warmte van de gecondenseerde vloeistof op eenhogere temperatuur (10). Hierdoor is het mogelijk dat van 6 naar 9 verdampt wordtzodat we bij samenvoeging met 2 een afkoeling krijgen van de persgassen dievervolgens de hoge trap intreden (3).

2 De tussenkoeler wordt later nog uitgelegd. Zie hoofdstuk 4.2 Componenten.


27/72

27

3.2.3 Berekeningen via het log p/h-diagram

Via het log p/h-diagram worden belangrijke parameters berekend zoals hetkoelvermogen van de verdamper en het inputvermogen van de compressor. Dezeberekeningen worden hierna verder uitgewerkt.

Gegeven is dat de som van het koelvermogen en het absorptievermogen gelijk is aanhet condensorvermogen dat nodig is om de te ontrokken warmte weer af te voeren. Opdeze manier kunnen we dan de condensor selecteren.

P condensor = P verdamper + P input

3.2.3.1 Koelvermogen

De x-as duidt de enthalpie in kJ/kg aan. De y-as geeft de druk (bar) weer en daarbijovereenkomstig de temperatuur. Door het enthalpieverschil van de verdamper tevermenigvuldigen met het massadebiet in kg/h dat altijd gegeven is, kunnen we hetkoelvermogen bepalen. Het koelvermogen is enkel afhankelijk van deverdampingsenthalpie op de lage trap omdat we hier op de benodigdeverdampertemperatuur werken. De tussentrap kan nog gebruikt worden om een ruimtete koelen maar dan wel op hogere temperatuur.

kJ/kg x kg/s = kJ/s = kW

Hieronder hebben we een voorbeeld uitgewerkt om het begrip koelvermogen wat meertoe te lichten. De waardes voor de oefening hebben we zelf gekozen omdat het nietmogelijk was de waardes te gebruiken van de installatie van Mora. Het is heel moeilijkom het debiet van een compressor te bepalen en zeker van een tweetrapscompressie

omdat we hier werken met 2 verschillende debieten: het debiet van de hoge en lagetrap.

Voorbeeldoefening bij Tv = -30C en Tc = 30C

Oververhitting en onderkoeling = 0 K.

enthalpieverschil lage trap 350 kJ/kg 195 kJ/kg = 155 kJ/kgmassadebiet lage trap m = 972 kg/h (gegeven)155 x (972/3600) = 41,85 kW


28/72

28

Figuur 17: koelvermogen in het log p/h-diagram

3.2.3.2 Inputvermogen

De compressor heeft energie nodig. Deze energie moeten we toevoeren in de vorm vanelektriciteit. In onderstaande figuur is de curve in theorie weergegeven en vergelekenmet een praktische curve. Dit is een voorbeeld van tweetrapscompressie met openintercooler. De berekeningen zijn hetzelfde voor een closed intercooler. Het spreektvoor zich dat de praktische curve meer naar rechts uitwijkt omdat het onmogelijk is inde praktijk om adiabatische compressie te verkrijgen. Er is altijd warmteuitwisselingmet de omgeving en we dienen deze zoveel mogelijk te beperken. Het inputvermogenvan de compressor is in theorie makkelijk te berekenen door de enthalpieverschillenh1-h2 en h3-h4 op te tellen en vervolgens te vermenigvuldigen met het bijhorendemassadebiet. Bij h1-h2 moeten we rekenen met het massadebiet van de eerste trap enanaloog voor h3-h4 wordt met de tweede trap gerekend.

Echter, in de praktijk is de curve zeer moeilijk in te schatten. De enthalpieverschillen endus ook het inputvermogen worden groter door:

drukverliezen in de leidingen die de hoekjes veroorzaken op de uiteinden; het isentropisch rendement, dat door een niet-adiabatische compressie ontstaat.


29/72

29

Figuur 18: inputvermogen in het log p/h-diagram

Om het inputvermogen te berekenen wordt het proces als adiabatisch beschouwd. Inwerkelijkheid zal er toch warmte uitgewisseld worden met de omgeving. Dit wordtvoorgesteld door het isentropisch rendement.Hoe meer het isentropisch rendement van 1 afwijkt, hoe meer de curve naar rechtsuitwijkt en hoe meer vermogen er nodig is om eenzelfde koeleffect te verkrijgen.

Dit rendement is meestal 0,7 0,8 (in onze figuur 0,75).

Hieronder hebben we weer een fictief voorbeeld genomen om enkele begrippen watmeer toe te lichten. We hebben geen waardes aangenomen van de installatie zelfomdat het zeer moeilijk was hier metingen op uit te voeren. Het was moeilijk omtemperaturen te meten, omdat de leidingen zeer dik waren en ook deomgevingstemperatuur speelde hier een grote rol.

Voorbeeldoefening bij Tv = -30C en Tc = 30C

Tabel 2: invloed van verliezen op het inputvermogen

Voorbeeld Theorie Praktijk

Isentr. rend. 1 0,75

( drukverliezen 0 > 0 )

h1-h2 21 31

h3-h4 17 28

debiet LP 997 kg/h = 0,277

debiet HP 1217 kg/h = 0,338

h12 * m LP 5,94 kW 7,86 kW

h34 * m HP 5,66 kW 7,80 kW

P (kW) 11,6 kW 15,7 kW

Het inputvermogen is dus zeer sterk afhankelijk van deze verliezen en vooral van het


30/72

30

isentropisch rendement. We verwaarlozen hier de drukverliezen in de leidingen omdatdeze meestal goed beperkt worden.

Een belangrijk verlies dat niet in de berekening is opgenomen is het volumetrischrendement. Dit is de verhouding tussen het aangezogen volume en het theoretischberekende slagvolume. Dit verlies is te wijten aan de zogenaamde schadelijke ruimte.

Dit is de ruimte die boven de zuiger overblijft wanneer de zuiger in het BDP staat. Ookde ruimte voor de gaten in de kleppenplaat valt onder de schadelijke ruimte. Bij hetaanzuigen van koud zuiggas zal de zuiger naar beneden bewegen. Het overgeblevenhete gas in de schadelijke ruimte zal eerst expanderen, waardoor een gedeelte van deslag niet benut wordt voor het aanzuigen van zuiggas.

De grootte van het volumetrisch rendement is sterk afhankelijk van de drukverhoudingvan de installatie. Hoe groter de drukverhouding, hoe kleiner het volumetrischrendement. Dit wil zeggen dat er minder koudemiddeldamp door de compressor zalworden verplaatst. Indien het volumetrisch rendement kleiner wordt dan 0,5 dient menover te gaan naar een ander type compressor.

Figuur 19: volumetrisch rendement bij zuigercompressoren


31/72

31

4 Beschrijving van de huidige installatie

Om de installatie beter te begrijpen, leggen we de componenten, genummerd van 1 toten met 19, verschillend uit. Zo krijgen we een beter zicht op de ganse installatie.

4.1 Schema

Figuur 20: schema van de huidige installatie

SL = zuigleiding FL = vloeistofleidingDL = hoge druk leiding LP = lage druk zijdeML = tussendruk mengsel leiding HP = hoge druk zijde


32/72

32

4.2 Componenten

Hieronder beschrijven we de praktische componenten in onze installatie. Het wasmoeilijk om van alle onderdelen het merk en type te bepalen omdat het om eenverouderde installatie gaat. Technigroup heeft het onderhoud overgenomen van eenbedrijf dat failliet is gegaan, waardoor veel informatie over de installatie verloren is

gegaan. Daarom beschrijven we sommige onderdelen iets algemener.

1. Compressor

De compressor die in de installatie opgesteld staat, is een 2-traps open compressor vanMYCOM met een elektrisch vermogen van 110 kW. De compressor is reeds 21 jaar ouden had al wat problemen en is daarom aan vervanging toe. We bestuderen in eenvolgend hoofdstuk3 de mogelijkheid om dit uit te werken.

De belangrijkste waarden worden hieronder weergegeven. De waarden die hier wordengegeven zijn uiteraard momentopnamen, wanneer de cel in normaal bedrijf was. Als de

cel juist open gaat om er nieuwe producten in te brengen zullen deze waardes uiteraardverschillen.

Zuigdruk = -0,3 bar Middendruk = 2,5 bar Persdruk = 11 bar

Zoals we kunnen zien is de zuigdruk -0,3 bar, dit wilt zeggen dat de compressorvacum aanzuigt. Dit kan een probleem vormen omdat er dan de mogelijkheid is dat deinstallatie lucht aanzuigt.Aan de hand van deze drukken kunnen we de bijhorende verdampingstemperatuur en

condensatietemperatuur bepalen m.b.v. een latje.Zo kunnen we bepalen dat met een druk van -0,3 bar een verdampingstemperatuurvan -41C overeen komt. Verder kunnen we dan ook de condensatietemperatuurbepalen aan de hand van 11 bar en dan komen we uit op een temperatuur van 30C.

Figuur 21: aandrijfmotor en compressor

3 Zie hoofdstuk 5.2 Vervangen van de compressor


33/72

33

Figuur 22: overbrengingsriem

2. Condensor

In de condensor zitten 6 ventilatoren van 0,75 kW om de luchtstroom te onderhouden.Onze installatie werkt met een luchtgekoelde condensor. Deze condensor staat op hetdak zodat er een ongehinderde toevoer van lucht is om het koelmiddel te koelen.Over de condensor in onze installatie hebben we geen informatie gevonden. Het merkis Goedhart en het type KOAL 4676, maar hierover hebben we geen informatie meerkunnen terugvinden.

Figuur 23: condensor

3. Verdamper

De huidige installatie bestaat uit twee identieke verdampers LK 293 van het merkGoedhart, waarvoor elke verdamper over drie ventilatoren van 1,5 kW beschikt.Hier hebben we hetzelfde verhaal als bij de condensors. Over de types die er nu staanhebben we eveneens geen informatie meer weten te vinden.


34/72

34

4. Thermostatisch expansieventiel

Dit is een expansieventiel met uitwendige drukvereffening zoals eerder uitgelegd. Hetbetreft hier het type TEX-20.

5. Magneetklep

Figuur 24: magneetkleppen

De magneetkleppen zorgen voor de correcte werking van de pump-down regeling dieverder in de cursus volgt. Als de gewenste temperatuur in de cel bereikt is moet er nietverder gekoeld werden en zal deze werking in dienst treden. Eveneens zal deze klep detoevoer van koudemiddel stoppen bij de ontdooiing van de verdamper (zie later).

6. Kijkglas

Hiermee kan men controleren of er voldoende koelmiddel aanwezig is in de installatieen of er geen gasbellen meer aanwezig zijn in de vloeistofleiding.

Figuur 25: kijkglas


35/72

35

7. Filter/droger

De filter houdt eventuele deeltjes tegen die in de installaties binnengedrongen zijnd.m.v. een metalen zeef. De droger zorgt voor het neutraliseren van zuren en hetabsorberen van vocht.

Figuur 26: filter

8. Afsluiter/servicekraan

Bij onderhoud aan de compressor en aan de installatie zijn de handbediende afsluitersonmisbaar. Ze zijn speciaal ontworpen om voordelige stromingseigenschappen teverkrijgen.

Figuur 27: afsluiter/servicekraan

9. Terugslagklep

De terugslagklep na de olieafscheider zorgt ervoor dat er geen koelmiddel, dat al tevroeg zou condenseren, in de olieafscheider valt. Dit koelmiddel zou dan samen met deolie mee naar het carter van de motor kunnen gaan voor de smering. Dit dient zekervoorkomen te worden.

10. Vloeistofvat

Een vloeistofvat dient voor het verzamelen van vloeistof uit de condensor en vooropslag van koudemiddel uit andere delen van de installatie bijvoorbeeld tijdensonderhoud als men afsluiter 8 dan dicht zet.

Er is voor 165 kg koelmiddel aanwezig in de installatie. Dit zal het vloeistofvat danmoeten kunnen opvangen.


36/72

36

11. Tussenkoeler

Figuur 28: schematische voorstelling tussenkoeler

Hete persgassen van de eerste trap komen de intercooler binnen. Om dezepersgassen te koelen zal vloeistof, komende van de condensor, toegevoegd worden aande hete persgassen zodat deze afkoelen. Het mengsel van vloeistof en gas vormt eensoort van vloeistofvormige mist. Deze mist zal over de buis, komende van decondensor, verdampen zodat er warmte onttrokken word van de vloeistof. Hierdoor zalde vloeistof een onderkoeling ondergaan om vervolgens naar de verdamper te gaan. Demist, die ontstaan is door de toevoeging van vloeistof aan de hete persgassen, zal nuverdampt zijn tot droog gas en bereikt zo de 2de trap van de compressie.

Aan de hoge zijde van de compressor zal de bulb van het thermostatischexpansieventiel geplaatst worden. Als deze een te hoge druk en temperatuur bereiktheeft, zal het thermostatisch expansieventiel openen en meer vloeistof laten mengenmet de persgassen van de eerste trap, zodat deze harder gekoeld worden.

Figuur 29: verschillende componenten

1: thermostatisch expansieventiel 4: tussenkoeler2: magneetklep 5: vloeistofvat3: filter 6: kijkglas


37/72

37

12. Olieafscheider

De compressor moet gesmeerd worden met olie. Deze olie wordt door het koudemiddelmeegevoerd door de leidingen. Indien echter de leidingen lang zijn bestaat de kans dater niet genoeg olie in het carter aanwezig is. De olieafscheider scheidt de olie van hetkoelmiddel zodat deze onmiddellijk terug naar het carter stroomt. De olieafscheider

moet goed gesoleerd zijn en liefst op een niet geventileerde plaats gezet worden omwarmteverlies tegen te gaan, zodat het koudemiddel niet kan condenseren en meeterug naar het carter kan vloeien. Dit zou nadelig zijn voor de motor.

Figuur 30: olieafscheider

13. Vloeistofafscheider

Deze scheidt de vloeistof van de damp zodat er geen vloeistofslag optreedt in decompressor. Dit wordt zeker toegepast bij koelinstallaties die lang stilliggen en die overeen lange zuigleiding beschikken zoals in ons geval.

Figuur 31: vloeistofafscheider

14. Hoge/lage druk pressostaat

De lage druk pressostaat zorgt voor beveiliging tegen onderdruk zodat er geen lucht inde installatie kan komen. Eveneens schakelt deze de compressor uit indien de pump-down werking optreedt. De hoge druk pressostaat zorgt voor beveiliging tegen een tehoog oplopende condensordruk.


38/72

38

Figuur 32: pressostaat

15. Tussendruk pressostaat

Deze zorgt voor een bijkomende beveiliging van de compressor.

16. Hoge druk meter

Op de manometers kunnen de verschillende drukwaarden rechtstreeks worden

afgelezen. Deze kunnen belangrijk zijn bij het onderhoud, storingen aan de installatie,berekeningen,De hoge druk meter meet de condensordruk.

Figuur 33: manometers

17. Lage druk meter

De lage druk meter meet de verdamperdruk.

18. Tussendruk meter

De tussendruk meter meet de middendruk van de installatie. Dit is de druk die bij detussentrap van de compressor hoort.


39/72

39

19. Ventilator

De ventilatoren zijn nodig om de luchtstroom te onderhouden bij zowel de verdamperals de condensor. Een goede geforceerde luchtstroom kan warmte gemakkelijkafvoeren (condensor) en onttrekken (verdamper).

4.3 Ontdooiing van de verdampers

Het huidige verwarmingselement om de rijplaag van de koeler te ontdooien heeft eenvermogen van 36 kW. Dit brengt het totale ontdooiingsvermogen op 72 kW per koelcel.Er wordt twee keer per dag ontdooit met telkens een ontdooiperiode van 30 minuten.Deze tijden worden ingesteld door een ontdooiklok. We kunnen nu het verbruik alsvolgt bepalen: 72 kW x 2 x 1 uur x 0,115 /kWh = 16,56 /dag.We nemen aan dat de installatie 240 dagen per jaar opstaat. Zo komen we aan eentotaal verbruik van 16,56 x 240 = 4000 /jaar.

Dit is, indien meerdere koelcellen aanwezig zijn, zeer geldverslindend. Daarom is het

niet ondenkbaar om in plaats van verwarmingselementen, een persgasinstallatie teplaatsen.

Bij verdampers waarvan de oppervlaktetemperatuur beneden de 0C ligt, slaatwaterdamp in de vorm van rijp op het oppervlak neer. De rijplaag groeit voortdurendaan.Dit heeft enkele nadelige gevolgen:

de warmteoverdracht vermindert; de luchtdoorstroming door de koeler wordt belemmerd.

De rijplaag moet daarom van tijd tot tijd worden verwijderd. In onze installatie gebeurddit met verwarmingselementen. De verwarmingselementen worden dan, goedgeleidend verbonden met de lamellen, op verschillende plaatsen in de koeler geplaatst.Ook de afvoerleiding en de lekbak zijn voorzien van elektrische verwarming ombevriezing te voorkomen. De voordelen van dit systeem zijn de eenvoudige uitvoeringen montage. De nadelen zijn echter:

hoge energiekosten;

slechte warmteverdeling waardoor lange ontdooitijden ontstaan; een sterk schoorsteeneffect met als gevolg dat deze warme vochtige lucht in de

koelcel stroomt; bevriezingsgevaar van de afvoerleiding van het water; lekbakverwarming is onmisbaar.

Het kan dus nuttig zijn om de nadelen weg te werken door simpelweg deverwarmingselementen te verwijderen en een andere installatie te plaatsen. Dit zou deenergiekosten al serieus reduceren. In het volgende hoofdstuk werken we demogelijkheden van een nieuwe ontdooiingsinstallatie uit.


40/72

40

4.4 Algemene werking

De installatie schakelt af volgens de pump-down regeling. Deze regeling wordt hetmeest gebruikt en wordt hieronder uitgelegd.

Figuur 34: pump-down regeling

Indien de temperatuursensor een waarde meet onder zijn ingestelde waarde (gewenstewaarde bereikt in de cel) dan zal de thermostaat de magneetklep schakelen zodat ditventiel toe gaat. Het koelmiddel blijft nu achter in het vloeistofvat en de verdamper zalgaan droogkoken. Tijdens dit droogkoken zal de zuigdruk aan de compressor dalen

zodat de pressostaat bij een bepaalde waarde de compressor uitschakelt.

De zuigdruk mag niet onder de atmosferische druk komen te liggen omdat we anderslucht in de installatie kunnen krijgen. Door achterblijvend koudemiddel in de verdamperneemt de druk in de verdamper, na het afschakelen van de compressor, meestal weertoe. Bij de afstelling van de differentie van de pressostaat moet hiermee rekeningworden gehouden. De pressostaat moet inschakelen bij een druk in de verdamper, dieiets onder de hoogst voorkomende werkdruk ligt.


41/72

41

4.5 Draaiuren van de compressor

We hebben de waardes van het aantal draaiuren afgelezen op de installatie zelf. Dezeinformatie hebben we later nodig om een exacte berekening te maken over debesparing die we gaan bekomen.

Tabel 3: draaiuren compressor

aantal draaiuren op 30-03-2009 12.00h 23963

aantal draaiuren op 28-04-2009 10.00h 24474

aantal draaiuren over deze periode 511

totaal aantal uren in deze periode 718

Aan de hand van de draaiuren kunnen we bepalen hoeveel uren de compressor draaitover een bepaalde periode. De metingen die wij hebben uitgevoerd zijn over eenperiode van ongeveer een maand.

Uit bovenstaande tabel kunnen we vaststellen dat de compressor 511 uren draait vande 718 uren. Dit komt overeen met 5/7.In principe kunnen we dus besluiten dat de MYCOM compressor 5 volle dagen van deweek draait.


42/72

42

5 Voorstellen om de installatie te verbeteren

In dit hoofdstuk komen de maatregelen aan bod die een energiebesparing zoudenkunnen opleveren. De meest voor de hand liggende en voor ons meest de interessantemaatregelen worden hieronder verder uitgewerkt.

5.1 Persgasontdooiing

We hebben gekozen om de huidige elektrische ontdooiing te vervangen doorpersgasontdooiing, omdat we weten dat er dan minder elektriciteit aan te pas zalkomen.

5.1.1 Beschrijving

Tijdens het ontdooien wordt het hete persgas uit de compressor in de te ontdooienluchtkoeler gelaten. De verdamper werkt dan even als condensor zodat de vrijkomendewarmte de rijplaag afsmelt. De toepassing is het eenvoudigst wanneer er verschillende

koelers in de installatie aanwezig zijn. Wanneer we in een installatie werken met 2verdampers kan bij een persgasontdooiing n verdamper blijven werken terwijl deandere zal ontdooien. De werkende verdamper levert dan via de compressor hetpersgas voor de te ontdooien koeler. Wanneer er slechts n koeler in de installatieopgenomen zit moet door een buffersysteem voor voldoende persgas worden gezorgd.Dit maakt de installatie nog ingewikkelder.

De voordelen van persgasontdooiing zijn:

lage tot zeer lage energiekosten;

geringe warmteverliezen naar de koelruimte;

korte ontdooitijd; een gelijkmatige warmteverdeling.

Een belangrijk nadeel is echter wel de dure en complexe installatie van depersgasinstallatie met meer kans op storing. Zoals ook bij ontdooiing metverwarmingselementen is lekbakverwarming noodzakelijk en bestaat het gevaar voorbevriezen van de afvoer van het smeltwater.Of er veel energie bespaart kan worden is nog altijd geen zekerheid bij depersgasontdooiing.Doordat bij persgasontdooiing de compressor moet blijven draaien tijdens deontdooiing zullen we ook energie verbruiken. Omdat we niet meteen kunnen bepalen

hoe lang de ontdooitijd zal zijn bij een persgasontdooiing, kunnen we ook niet eengedetailleerde berekening maken van deze eventuele winst. Deze ontdooitijd zal ookverschillen over het hele jaar omdat de persgastemperatuur varieert. Omdat deontdooitijd bij persgasontdooiing kleiner zal zijn, zullen we hier wel een winst boekent.o.v. elektrische ontdooiing. Anderzijds kunnen we ook stellen dat bij elektrischeontdooi-elementen de compressor steeds moet afschakelen om nadien terug op testarten. Dit trekt dan weer een grote startstroom uit het net, wat dan weer resulteert inmeer energieverbruik.Een belangrijk nadeel bij persgasontdooiing zijn de trillingen die ontstaan. Omdat we inde verdamper werken met een lage druk en de persgassen onder hoge druk deverdamper zullen binnen treden, komen hierin 2 verschillende drukken te samen. Dit

zal resulteren in lawaai en trillingen. Deze trillingen kunnen in het slechtste gevalleiden tot lekkage.Het gebruik van een eventuele persgasontdooiing moet dus goed overwogen worden.


43/72

43

5.1.2 Werking

Met behulp van onderstaande figuren wordt de werking van een persgasontdooiingverduidelijkt.

Figuur 35: normaal bedrijf

Bij ontdooiing met heetgas moeten er enkele aanpassingen gebeuren aan de installatie.Er moeten leidingen bijgeplaatst worden en enkele kleppen, zodat de cyclus kanomgedraaid worden. De verdampers worden dan condensors zodat deze warmteafgeven en het ijs doen smelten.Aan de perszijde wordt een extra leiding geplaatst naar het einde van de eersteverdamper (A). Deze leiding wordt ook nog eens afgetakt naar het einde van de tweedeverdamper (B). Verder worden de leidingen aan (C) en (D) met de bijhorende kleppengeplaatst om het expansie- en magneetventiel te overbruggen.

Figuur 36: ontdooien van de bovenste verdamper

Voor de ontdooiing van de eerste verdamper gaan de kleppen (1) en (2) open en deklep naar de condensor dicht zodat het verdampte koudemiddel niet naar de condensorstroomt maar naar de eerste verdamper. Zo wordt deze verdamper dus eigenlijk eencondensor. Het koudemiddel zal condenseren en zo warmte afgeven zodat de ijslaagvan de verdamper verdwijnt. Het vloeibare koudemiddel loopt nu langs de 2deverdamper terug naar de compressor, als klep (1) nu terug gesloten wordt en dekleppen aan de condensor terug geopend worden, kan de normale cyclus weer plaats

vinden. Als we nu koeler 2 willen ontdooien zullen kleppen (1) en (3) geopend wordenen (2) sluiten. Op deze manier zal dan de ijslaag verwijderd worden van de tweedeverdamper.


44/72

44

5.2 Vervangen van de compressor

Het vervangen van de compressor is de meest essentile vraag vanuit Mora. Decompressor is verantwoordelijk voor het grootste deel van het energieverbruik van deganse installatie. Verder in dit hoofdstuk zal de vergelijking gemaakt worden van hethuidige type MYCOM en zijn mogelijke vervanger, de BITZERs. Deze twee merken zijn

in Mora als standaardmerken aangenomen.

5.2.1 Beschrijving van de bestaande compressor

De huidige compressor is een MYCOM type F62WB2. Deze heeft het bedrijf zelfgeselecteerd bij een verdampingstemperatuur van -30C en 30Ccondensortemperatuur. Het opgenomen vermogen bij deze condities is 63,8 kW. Voorde motorselectie moet je volgens MYCOM rekening houden met 15% extra opgeteld bijdit vermogen. Dit is omwille van de startcondities waarbij de aanloopstroom hoog kanoplopen. Het motorvermogen komt dan theoretisch op 73,37 kW.

Er is echter in werkelijkheid een motor van 110 kW geselecteerd. De selectie gebeurtaltijd via worst case scenario. Dat wil zeggen bij omstandigheden waarbij de motorhet meeste vermogen moet leveren (zomerdagen). De motor is dus eigenlijkovergedimensioneerd voor deze condities. Bovendien moest de selectie eigenlijkgebeuren bij een verdampingstemperatuur van -40C omdat de celtemperatuur rond -35C ligt. Het voordeel van deze overgedimensioneerde motor is dat hij een krachtigerstartkoppel heeft zodat dat hij zeker kan starten onder moeilijke omstandigheden. Hetnadeel is dat hij een lager rendement heeft omdat hij niet op vollast draait. Webestuderen in het volgende stukje andere types compressoren die in de plaats gezetkunnen worden.

5.2.2 Beschrijving van de BITZER compressor

De andere koelcellen van Mora worden uitgerust met BITZER compressoren. Deze zijnveel kleiner en werken per 4 samen in parallel. Het zijn ook tweetrapscompressoren,van het zuigertype.

Figuur 37: BITZER type S6F-30.2Y


45/72

45

Figuur 38: werkgebied BITZER type S6F-30.2Y

In bovenstaande figuur wordt het werkgebied weergegeven van een BITZER van hettype 30, waarbinnen hij moet werken.

Enkele belangrijke aspecten die eigen zijn aan het type:

korte gaskanalen waardoor de warmteverliezen minimaal zijn; compacte dimensies; stille werking en weinig trilling door de geavanceerde uitbalancering; efficinte motor met weinig energievraag maar een grote koelcapaciteit; motorbeveiliging met behulp van PTC sensoren; de onderkoeling is aanwezig in de compressor zelf.


46/72

46

5.2.3 Vergelijking met BITZER bij vaste condities

De huidige compressor is reeds 21 jaar oud en de krukas is reeds vervangen geweest.Het is dan niet ondenkbaar om de compressor te vervangen. Onderstaande tabellengeven de verschillende koelvermogens en opgenomen vermogens weer bij tweeverschillende verdampingstemperaturen. De celtemperatuur ligt rond de -35C zodat

we toch wel moeten rekenen met verdampertemperaturen rond -40C.

Andere belangrijke condities zijn een condensortemperatuur van 40C en onderkoelingis toegepast. De BITZER types beschikken over een eigen onderkoeling (ong. 7 K) ende MYCOM is geselecteerd op een onderkoeling van 32 K. De oververhitting bedraagt 5K. Deze waarden zijn gemeten door Technigroup zelf. We vergelijken nu een nieuweMYCOM compressor met de BITZERS die in aanmerking komen.

5.2.3.1 Energetisch e vergeli jkin g: Coeff icient Of Performan ce (COP)

De COP- of koudefactor geeft aan hoe goed een koelinstallatie is bij bepaalde condities.COP is gelijk aan het koelvermogen dat men uit de installatie haalt, gedeeld door hetabsorptievermogen dat men aan de compressor moet toevoegen. Hoe hoger dezefactor, hoe efficinter de koelinstallatie.

=Pkoel

P

Tabel 4: energetische vergelijking MYCOM - BITZER

Type Pkoel (kW) Pabs (kW) Pelek (kW) COP Tverd (C)

S6F-30.2Y (x4) 138,8 92,8 120 1,50 -30

MYCOM 141,1 70,2 110 2,01

S6F-30.2Y (x4) 96,4 76,4 120 1,26 -40

MYCOM 94,5 57 110 1,66

De waarden in de tabel hebben we verkregen via BITZER software en eencontactpersoon van MYCOM. Een voorbeeld van een MYCOM datasheet kunnen weterugvinden in bijlage 4.

Bij -40C verdampertemperatuur bedraagt het koelvermogen van de MYCOM 94,5 kW.We willen dat de producten even snel gekoeld worden zoals bij de MYCOM compressor.Dit koelvermogen moeten we dus zeker bereiken met onze BITZERS. Dit doen we door

er 4 in parallel te plaatsen. Stel dat er bijvoorbeeld door een defect n compressor zouuitvallen. Het koelvermogen zal dan uiteraard dalen. Dit wil gewoon zeggen dat hetlanger duurt om de cel op temperatuur te krijgen. Dit wil niet zeggen dat de cel minderkoud zal zijn. In de tabellen wordt wel voor alle waarden gerekend met 4 BITZERS.

In principe is het geen probleem dat het koelvermogen iets groter of kleiner wordt. Eengroter koelvermogen zal sneller de benodigde celtemperatuur bereiken. Een kleinerkoelvermogen doet dit dan iets trager. Eens de celtemperatuur bereikt is zal deze nietverder dalen bij een groter koelvermogen. Een klein koelvermogen betekent dus ookniet dat de celtemperatuur niet bereikt kan worden. Het duurt alleen een bepaalde tijdlanger.

Het elektrisch of motorvermogen is het vermogen van de motor zelf. Hetabsorptievermogen is het deel van het motorvermogen dat men nodig heeft bij


47/72

47

bepaalde condities en moet dus altijd kleiner zijn dan het motorvermogen om in mindergunstige omstandigheden te kunnen koelen. Om de COP-factor te berekenen moet dusaltijd het absorptievermogen en niet het elektrisch vermogen in rekening gebrachtworden.

5.2.4 Vergelijking met BITZER bij wisselende condities in theorie

In de zomer zal de condensordruk hoger zijn zodanig dat de compressor meerinputvermogen nodig heeft. Hierbij zal de COP-factor uiteraard dalen. Om eenrealistisch beeld van de inputvermogens weer te kunnen geven gedurende het hele jaar,kunnen we werken met gemiddelde temperaturen. Aan de hand van deze temperaturenkunnen we een realistische vergelijking maken tussen MYCOM en BITZER.

Tabel 5: gemiddelde buitentemperaturen 2008

Figuur 39: grafiek gemiddelde buitentemperatuur 2008

Om de condensatietemperatuur te bepalen hebben we de verschillendebuitentemperaturen vermeerderd met 15C. Deze waarde wordt ook door de meeste

Maanden Buitentemperaturen (C)

Januari 6,5Februari 6,1

Maart 6,9

April 9,3

Mei 16,4

Juni 16,1

Juli 18

Augustus 17,6

September 14

Oktober 10,5

November 6,4

December 2,1

Gemiddelde temperatuur in 2008


48/72

48

koeltechnische firmas in gebruik genomen. Als we de condensatietemperatuur bepaaldhebben kunnen we ook de daarbij horende druk bepalen.

Tabel 6: condensatietemperaturen bij de gemiddelde buitentemperatuur

De MYCOM compressor verbruikt bij bovenstaande condensatietemperaturen volgendevermogens:

Tabel 7: inputvermogen MYCOM

Deze vermogens hebben we verkregen via MYCOM zelf. We gaan nu nakijken of we deBITZERs niet zo kunnen schakelen dat we op koude dagen, enkele BITZERs kunnenuitschakelen zodat ons opgenomen vermogen lager blijft.

Aan de hand van de vermogens van de MYCOM compressor kunnen we al concluderendat het verschil in opgenomen vermogens miniem is. Daardoor zal het weinigwaarschijnlijk zijn dat we enkele BITZERs zouden kunnen uitschakelen. Dit komt mededoordat we gemiddelde temperaturen hebben genomen. Het verschil tussen degemiddelde temperaturen is te klein om een groot verschil te verkrijgen. Als we nuvertrekken vanuit de minimum en maximum temperaturen per jaar krijgen we eenander verhaal.

Maanden Condensatietemperaturen (C) Condensordruk (bar) R22 Condensordruk (bar) R507

Januari 21,5 9,587 11,734

Februari 21,1 9,497 11,592Maart 21,9 9,677 11,88

April 24,3 10,235 12,665

Mei 31,5 12,454 15,24

Juni 31,1 12,338 15,072

Juli 33 13,173 15,797

Augustus 32,6 12,929 15,734

September 29 11,775 14,345

Oktober 25,5 10,625 13,027

November 21,4 9,5 11,73

December 17,1 8,411 10,4


49/72

49

Hieronder hebben we de uiterste temperaturen geselecteerd van 2008. Aan de handvan deze extreme waardes kunnen we zien hoeveel het inputvermogen maximaalverschilt op n en hetzelfde jaar. Als dit verschil groot genoeg zal zijn kunnen we bijde BITZERs een compressor uitschakelen waardoor we minder energie zullenverbruiken.

Tabel 8: extrema van 2008

Figuur 40: vergelijking extrema in mollier

Hierboven zien we in het mollier-diagram de twee cyclussen. De rode cyclus is bij eencondensatietemperatuur van 28C. De zwarte curve geeft de cyclus weer bij eencondensatietemperatuur van -3C. We kunnen nu aan de hand van deenthalpieverschillen en het massadebiet dat we via de BITZER software verkregenhebben, het compressorvermogen berekenen.


50/72

50

Enthalpieverschillen rode curve

1ste trap: 26,62 kJ/kg2de trap: 26,62 kJ/kg

massadebiet 1ste trap: 1730 kg/h

massadebiet 2

de

trap: 2291 kg/h

Compressorvermogen= [(26,62*1730)+(26,62*2291)]/3600= 29,73 kW

Enthalpieverschillen zwarte curve

1ste trap: 18,58 kJ/kg2de trap: 18,58 kJ/kg

massadebiet 1ste trap: 1850 kg/hmassadebiet 2de trap: 1980 kg/h

Compressorvermogen= [(18,58*1850)+(18,58*1980)]/3600= 19,76 kW

Bovenstaande waardes van het compressorvermogen zijn zeer theoretisch. Verliezenzoals het volumetrisch rendement, het isentropisch rendement, leidingsverliezen, zijnniet in de berekening opgenomen.

We gaan vier BITZERs selecteren van het type S6F-30.2Y. Dit zijn dus vier BITZERsmet een power input van elk 17 kW. Het verschil in power input bij zomer- enwinterdagen bedraagt 10 kW. Dit wil zeggen dat we in bepaalde gevallen al zeker ncompressor kunnen uitschakelen en verder werken op drie. Omdat er maar 10winterdagen per jaar waren, kunnen we vast stellen dat we maar 10 dagen per jaarzouden kunnen werken met drie compressoren. Voor de rest van het jaar zouden alle

compressoren moeten draaien.

5.2.5 Vergelijking met BITZER bij wisselende condities via BITZER software

Als we de berekeningen met de BITZER software uitvoeren, bekomen we een anderresultaat dan onze theoretische berekeningen. Dit komt omdat de software rekeninghoudt met allerlei externe factoren zoals isentropisch rendement, motorrendement e.d.We gaan dus onze gemiddelde condensatietemperaturen van het jaar 2008 invullen inde software. Het type van de compressor blijft S6F-30.2Y omdat dit type reeds ingebruik is bij Mora. Na invulling in de software verkrijgen we onderstaande tabel.


51/72

51

Tabel 9: inputvermogen BITZER

De verschillende inputvermogens zijn terug te vinden in bijlage 5.

De eerste opmerking die we kunnen maken is dat het inputvermogen van de vierBITZERs al een stuk hoger ligt dan dat van de MYCOM. De tabel is gemaakt bij dewerking van steeds vier BITZERs. We gaan onze compressor selecteren in het slechtstegeval. In dit geval gaan we een compressor selecteren op de maand juli omdat we hierhet meeste vermogen nodig hebben. Als we deze waarde nu vergelijken met de maanddecember kunnen we vaststellen dat we n BITZER kunnen uitschakelen. Dus in demaand december kunnen we werken met drie BITZERs.De compressor die we dan gaan selecteren is hieronder weergegeven.

Figuur 41: BITZER selectie-software


52/72

52

Als we in de maand december met 3 BITZERs zouden werken, zouden we in die maand17.68kW x 3 = 53.04 kW verbruiken dit is nog altijd meer dan het vermogen van deMYCOM.

5.2.6 Invloed van allerhande factoren

In een koelinstallatie staan alle parameters met elkaar in verband. In de tabel op devolgende pagina zien we de invloed van belangrijke factoren zoals de condensor- enverdampertemperatuur en eveneens de onderkoeling en oververhitting. We beschrijvenhieronder hoe deze invloeden effect hebben op het koelvermogen.

5.2.6.1 onderkoeling

De waarden waarbij het sterretje staat zijn van toepassing indien geen subkoelinggebruikt wordt (en bij een aanzuigtemperatuur van 20C.) Wij gebruiken echter dezeonderkoeling die op de compressor zelf aanwezig is om een hoger koelvermogen en dusook een hogere COP te verkrijgen.

5.2.6.2 oververhitting

Een te grote oververhitting vermindert de compressorcapaciteit omdat het soortelijkvolume toeneemt. Dit wil zeggen dat de compressor meer m koelgas moet verwerkenvoor eenzelfde koelcapaciteit. Andere nadelen zijn dat de koptemperatuur van decompressor vergroot en het nuttig effect van de verdampercapaciteit verkleint.

In de software van BITZER wordt het koelvermogen (een klein beetje) groter indienmen een grotere oververhitting toepast. Dit is enkel waar wanneer de oververhitting inde verdamper plaatsvindt en niet in de leiding erna. Dit mag niet met elkaar verwardworden.

5.2.6.3 condensortemperatuur

De condensortemperatuur stijgt in de zomer omdat de condensor (warmtewisselaar)zijn warmte dan moeilijker kan afgeven. Het koelvermogen zal dalen en hetabsorptievermogen stijgen omdat de compressor een hogere druk moet kunnen leveren.De COP-factor zal dan uiteraard sterk dalen. Daarom dient een condensor altijd eengoede warmteoverdracht te hebben met de omgeving.In de winter, als we een lagere condensatietemperatuur hebben, zouden we eventueeleen compressor kunnen uitschakelen, als we met meerdere compressoren werkenalthans. Door deze lagere condensatietemperatuur in de winter, is de condensatiedruk

eveneens gedaald, hierdoor zal de reeks van compressoren minder vermogen moetenleveren en kunnen we bijgevolg n compressor uitschakelen. Het totaal koelvermogenzal door de uitschakeling van deze ene compressor slechts licht gedaald zijn. Dit komtomdat bij verminderde condensatietemperatuur het koelvermogen automatisch zalstijgen bij de compressoren die in werking zullen blijven.

5.2.6.4 verdampertemperatuur

Bij lagere verdampertemperaturen is het koelvermogen kleiner en daarbij ook hetinputvermogen. Als de verdamper door een of andere storing uitvalt dan zal deceltemperatuur beginnen stijgen. De celtemperatuur is in theorie gelijk aan de

verdampingstemperatuur. De compressor zal meer vermogen uit het net moetentrekken om dit grotere koelvermogen te verkrijgen dat bij deze hogereverdampertemperatuur hoort. Daarom zal bij het weer inschakelen van de verdamper


53/72

53

de compressor veel meer koppel moeten leveren om de cel weer op zijn normaletemperatuur te brengen.

Tabel 10: invloed van verschillende factoren op de vermogens


54/72

54

5.2.6.5 Econo mis che vergeli jkin g

Figuur 42: algemene vergelijking kosten

Vanuit bovenstaande figuur kunnen we besluiten dat energie het grootste aandeel heeftin de totale kosten van een koelinstallatie. Dit is een algemene figuur die geenbetrekking heeft op onze installatie maar toch een realistisch beeld weergeeft van dekostenverhouding. Het is de compressor die het grootste deel van het verbruik voor

zich neemt. Ventilatoren van verdampers en condensor en eveneensverwarmingselementen voor ontdooiing zijn slechts een klein percentage hiervan.

Tabel 11: economische vergelijking MYCOM - BITZER

Investeringskost Prijs (EUR)

Bitzer x 4 (incl. motor) 60308

Mycom (excl. motor) 55686

Via een catalogus die we geraadpleegd hebben in Technigroup konden we deinvesteringskost van de BITZERs terugvinden. De investeringskost van MYCOM kondenwe achterhalen door een prijsofferte aan te vragen. Zie bijlage 3 voor een completeprijsofferte.

De investeringskost bedraagt meer bij de BITZERS maar als we echter deonderhoudskosten bekijken zien we dat de BITZERS veel goedkoper uitdraaien oplangere termijn. Op een enkel jaar zou de 5000 EUR die men meer betaalt bij deinvestering al terug verdiend zijn door de goedkope onderhoudskosten.

Ten tweede moet bij de MYCOM compressor nog voor een aandrijfmotor wordengezorgd. Het is een open drive compressor; de motor wordt dus met een riemgekoppeld aan de as van de compressor. De gemiddelde prijs van een 75 kW motor is3000 EUR. De BITZER is een semi-hermetisch gesloten type. De motor en decompressor zijn in n behuizing ondergebracht en worden zo verkocht op de markt.

Klein onderhoud () Groot onderhoud () Vervanging olie () Totale onderhoudsprijs ()

1 maal per 2 jaar 1 maal per 2 jaar 1 maal per jaar per 2 jaar

niet nodig niet nodig 1 maal per jaar

0 0 408

10258

816

30280641590

Bitzer x 4

Mycom


55/72

55

Het energieverbruik kunnen we aan de hand van de inputvermogens van tabel 7 entabel 9 bepalen. Indien we deze vermogens per maand optellen en vergelijken kunnenwe reeds besluiten dat de BITZERs meer verbruiken.

MYCOM 605,1 kWBITZER 780,52kW

Verschil 175,42kWOm nu een gemiddeld verschil in vermogen tussen MYCOM en BITZER te bepalenmoeten we dit getal nog delen door het aantal maanden in een jaar.

175,42kW / 12 = 14,62 kW

Analyse Van Een Koelinstallatie

Documents

Transcript of Analyse Van Een Koelinstallatie