Best Practice Koeltechniek

november2008 1/47

-Best Practice-

Koeltechniek

november2008 2/47

Inhoudsopgave

1 Inleiding .......................................................................................................................... 41.1 Algemeen.........................................................................................................................41.2 Koudefactorof C.O.P......................................................................................................5

2 Type koelmachines en hun werking ............................................................................. 62.1 Compressiekoelmachine.................................................................................................. 62.2 Absorptiekoelinstallatie...................................................................................................72.3 Dauwpuntskoelers............................................................................................................9

3 Werkgebied en ontwerpcondities ............................................................................... 103.1 Verdampings- encondensatietemperatuur.....................................................................103.2 Koelbelasting.................................................................................................................123.3 Bepalenkoelmachinecapaciteit- enverdeling................................................................133.4 Ontwerpvanhetkoelsysteem........................................................................................143.4.1 Eén- of meertrapscompressie,cascadesysteem.............................................................143.4.2 Onderkoelingnacondensatieenoververhitting naverdamping................................... 163.4.3 Gebruikvanrestwarmteuit hetkoelproces................................................................... 173.5 Koudemiddelen..............................................................................................................183.6 Mi lieutechnischeenveiligheidsaspecten.......................................................................183.6.1 Eisenenverplichtingen................................................................................................. 183.6.1.1 RLK ...............................................................................................................................183.6.1.2 PGS13Ammoniak........................................................................................................183.6.1.3 ATEX 95 (Richtlijn (94/9/EG)) .....................................................................................193.6.1.4 PED................................................................................................................................193.6.1.5 NEN-en378...................................................................................................................193.6.1.6 Koelwater.......................................................................................................................193.6.1.7 Geluidsemissie...............................................................................................................20

4 Componenten van het koelsysteem............................................................................. 214.1 Compressoren................................................................................................................214.1.1 Algemeen......................................................................................................................214.1.2 Zuigercompressoren......................................................................................................224.1.3 Scroll compressoren......................................................................................................234.1.4 Schroefcompressoren....................................................................................................234.1.5 Centrifugaalcompressoren............................................................................................244.2 Condensors....................................................................................................................254.3 Verdampers....................................................................................................................274.3.1 Hetkoelenvanlucht .....................................................................................................274.3.2 Hetkoelenvanvloeistof ...............................................................................................284.3.3 Hetkoelenvanemulsies...............................................................................................304.3.4 Hetkoelenvanvastestoffen.........................................................................................304.3.5 Hetkoelenvaneenprocesreactor .................................................................................30

november2008 3/47

5 (Deellast)regeling ......................................................................................................... 315.1 Hoofdregelkring.............................................................................................................315.1.1 Capaciteitsregeling........................................................................................................315.1.2 Temperatuurregeling.....................................................................................................325.1.2.1 Aan/uit-regeling.............................................................................................................335.1.2.2 Zuigdrukregeling...........................................................................................................335.1.2.3 Regelenopzuigdruk envollastbedrijf ...........................................................................335.2 Interneregelkring...........................................................................................................345.2.1 Drogeverdamping........................................................................................................345.2.1.1 Thermostatischexpansieventiel.....................................................................................345.2.1.2 Elektronischexpansieventiel.........................................................................................355.2.2 Natteverdamping..........................................................................................................35

6 Secundaire koudedragers............................................................................................ 376.1 Algemeen.......................................................................................................................376.2 Typenkoudedrager........................................................................................................38

7 Koudebuffers................................................................................................................ 397.1 IJsbuffers........................................................................................................................397.2 Koudebuffersmeteutectischezoutoplossingen.............................................................41

8 Maatregelen ter verbetering van de energie-efficiency ............................................ 438.1 Smeerolie.......................................................................................................................438.2 Ontluchten......................................................................................................................43

9 Ontwikkelingen ............................................................................................................ 459.1 Kortetermijnontwikkelingen..........................................................................................459.2 Langetermijnontwikkelingen.........................................................................................46

10 Referenties .................................................................................................................... 47

november2008 4/47

1 Inleiding

1.1 Algemeen

NadeontwikkelingvandewarmteleerdoorRobert Mayer(1814-1879)ontstondhetinzicht datkunstmatigkoudekonwordenopgewektdoormiddel vaneenthermodynamischprocesmetgebruikmakingvanmechanischeenergieof warmte.Metbehulp vandezekoudetechniekis hetmogelijk omprocessen,productenof ruimtentekoelen en dedaarbij vrijkomendewarmteweeraandeomgevingaf testaanof alsrestwarmtetegebruiken.Als hetdoelis omwarmteaaneenprocesof ruimteteonttrekkenendaarnaaandeomgeving af testaan,dansprekenwevaneenkoelinstallatie. Is hetdebedoelingomwarmte-energievaneenlaagtemperatuurniveaunaareenhogerniveautebrengenendaarnategebruiken?Danis ersprakevaneenwarmtepomp. In figuur1.1 is hetprincipevanbeidetypeninstallatiesweergegeven.

Figuur 1.1Principe koelmachine en warmtepomp

Dezebrochuregaat over deontwerpconditiesvoordekeuzevaneenkoelinstallatie,vooralmet hetoogopdeenergie-efficiency.Daarbij komenaandeorde:degebruikelijke typenkoelmachines(compressie enabsorptie), decomponentenvandekoelinstallatiesen dewijzewaaropdevrijkomendewarmteweerafgestaanwordt(water- of luchtkoeling,warmteterugwinning). Eenoverzichtvoordekeuzevanhetin

november2008 5/47

dekoelmachinecirculerendekoudemiddelvindtu in debrochure ‘Koudemiddelen’ . Ineenapartebrochure‘Warmtepompen’ wordtdetoepassingvanwarmtepompenenaquifersbehandeld.

1.2 Koudefactor of C.O.P.

Hetenergetischrendementvaneenkoelinstallatie wordt bij voorkeuruitgedruktalsdeCoefficient of Performance (C.O.P.)of koudefactor.

C.O.P.= Qo / Pe, waarin:

Qo = koelvermogenvandekoelinstallatiein kWPe = opgenomen vermogenin kW

‘Opgenomenvermogen’ is hettotaleopgenomenvermogen. Dusinclusiefhet vermogenvandeventilatoren,pompenenoverigeelektrischecomponenten.

Dekeuzevoordecondensatie- enverdampingstemperatuurvanhetkoelprocesheeftdemeesteinvloed opdeC.O.P. In paragraaf 3.1gaanwe in opheteffect vaneennauwkeurigekeuze. De relatieveinvloedvandie temperatuurkeuzeis in figuur 1.2weergegeven.

Figuur 1.2Invloed van de keuze van condensatie- en verdampingstemperatuur op deC.O.P.

november2008 6/47

2 Typekoelmachinesenhunwerking

Het rendement wordtbepaald doorhetwerkingsprincipeendeuitvoering daarvan.Dekeuzevoorhetwerkingsprincipevandeinstallatiehangthoofdzakelijk af vanhetbenodigdetemperatuurniveau. Als ergeenhergebruikvanwarmteof koudeplaatsvindt,komtdit neerophettemperatuurverschil metdeomgeving.Bij temperaturenbóvendeomgevingstemperatuur is er geenof zeerbeperkteexterneenergienodigvoordekoeling.Hoemeerdetemperaturenonderdeomgevingstemperatuurkomen, hoemeerenergieernodigis enhoelagerhetrendementvanhetsysteem.

2.1 Compressiekoelmachine

Bij decompressiekoelmachine wordthetgasvormigkoudemiddelmeteencompressoropdecondensordrukgebracht. Daarnawordt hethetegasin eencondensorvloeibaargemaaktennaeen expansiestap(meestal in devormvaneenexpansieventiel) in deverdamperbij lagetemperatuurverdampt (zie figuur2.1).

Figuur 2.1Principeschema compressiekoelmachine

Binnendechemische industrie,maar ookdaarbuiten,wordenvoornamelijkcompressiekoelinstallatiesgebruiktvoorproceskoeling, luchtbehandeling engekoeldeopslag.Daarbij vormen dekoudwatermachinesof chillers voorwatertussen2 en6 °C,dievooral toegepastwordenin luchtbehandelingsinstallaties,degrootstegroep. Dekoudwatermachineszijn leverbaaralslucht- of watergekoeldestandaardapparatenmetcapaciteitenvan20 tot 7000kW. Voor dekleinereapparaten(van20 tot 200kWkoelvermogen)wordenzuigercompressorengebruikt; schroefcompressorenwordentoegepastvanaf200kW tot 2000kW koelvermogen.Voorwatergekoeldechillers is eenC.O.P.mogelijk van5,0,datwil zeggeneenenergieverbruik van0,2kW perkWkoelvermogen.Met centrifugaalcompressorenvoorkoudwatermachineszijnkoelcapaciteitente realiserenvan1200kW tot 7000kW. Dezemachineshaleneveneenseen C.O.P.van5,0.

In (chemische)processenzijn meestalveellageretemperaturenvereistdanbijkoudwatermachines. Koelinstallatiesdiehier in gebruik zijn, zijn in hetalgemeenopspecificatiegebouwdeapparatenmeteenaangepasteverdamper. Hier bestaatdemogelijkheid omeenoptimalekoelmachinemethogeenergie-efficiencyte latenontwerpeneninstalleren.Enkeltrapszuigercompressorenzijn verkrijgbaarvanaf200W (1 cilinder) tot 2000kWkoelvermogen(12cilinders), detweetrapsuitvoering tot 500kW.

november2008 7/47

Enkeltrapsschroefcompressormachineszijn beschikbaarmet koelcapaciteitenvan40 tot6000kW enin tweetrapsuitvoering van200kW tot 3000kW. Hetvermeldecapaciteitsbereik vandediversetypen is slechtseengrove indicatie. Eenenander issterkafhankelijk van hettoetepassenkoudemiddel, decondensatietemperatuurendegewensteverdampingstemperatuur.

2.2 Absorptiekoelinstallatie

In eenabsorptiekoelinstallatie wordt energiedirectin devormvanwarmteaandekoudecyclus toegevoerd. Hetenergetisch rendementvaneenabsorptiemachineis lagerdandatvaneencompressie-installatie. Echter,dit nadeelwordt gecompenseerd doordemogelijkheid omrestwarmte tekunnenbenutten.Bovendienis degeluidsemissievaneenabsorptie-installatieaanmerkelijk lagerdandievaneen compressiemachine.Deabsorptiekoelmachinemaaktgebruik vaneencyclus,waarindecomponenten vaneenbinair systeembestaandeuit eenkoudemiddeleneenoplosmiddelbeurtelingswordengescheidenenweersamengevoegd(figuur2.2). Eenvoorwaarde isdathetkoudemiddelvolledigwordtopgenomendoorhetoplosmiddel.Hieraanvoldoenbijvoorbeelddestofparenammoniakmetwater(voorprocestemperaturen onder0°C)enwater metlithiumbromide(voor koudwatermachinesbij toepassing in air-conditioning).

Figuur 2.2Principeschema absorptiekoelmachine

Decombinatie van absorber, circulatiepomp enuitdrijver noemenweookwel de‘ thermischecompressor’., analoogmetdemechanischecompressorbij decompressiecyclus.Bij kleineenhuishoudelijkeabsorptiekoelkastenis depompvervangen dooreensysteem datgebruikmaaktvandeverschillen in partiëledrukvanhetkoudemiddel.

Dewarmtebronvoordeabsorptiemachinekanrestwarmtezijn. Dit in devormvanstoom,heetwaterof eenandermedium. Devereisteminimumtemperatuur isafhankelijkvandegewenstekoeltemperatuur(figuur 2.3).

november2008 8/47

Figuur 2.3Verband tussen temperatuur restwarmtebron en koeltemperatuur

Ook is hetmogelijk omvia eenapartevuurhaard deverzadigdeoplossingdirectteverwarmenmetaardgasof eenanderebrandstof. Bij depraktischeuitvoeringvandeabsorptiekoudwatermachinekunnenprocesonderdelenmetdezelfdeprocesdrukbinnenéénhermetisch geslotendrukvat gecombineerdworden. Bijvoorbeeldcondensorenuitdrijverenerzijdsenabsorberenverdamperanderzijds.Daarnaastishetmogelijkomdescheidingvan koudemiddelenoplosmiddelteverbeterendooreentweetrapsuitvoering vandeuitdrijver. Hierdooriseen energie-effic iencyverbeteringmogelijk van50%. (figuur2.4).

Figuur 2.4

Er zijn standaarduitvoeringenvanabsorptiekoudwatermachines(chillers) vanafeenkoelvermogenvan200kW tot capaciteitenvan6000kW. De tebehalenC.O.P. is vooreenenkeltrapskoudwatermachinecirca0,70(temperatuurwarmtebron95-130°C),vooreentweetrapsmachine1,20(temperatuurwarmtebron140-175°C)envooreendirectgestooktetweetraps1,00(brandstof aardgasof lichteolie).Hetstoomverbruik vaneen enkeltrapsabsorptiekoudwatermachineis circa2,3ton/h(lagedruk2 à3 bar)vooreen capaciteit van1000kW bij 6°C koudwatertemperatuur.Eentweetrapsmachineheeft voordezelfdekoudwatertemperatuureenstoomverbruikvan1,3ton/h(max. 9 bar).Ammoniak-/waterabsorptiemachinesvindenmeestal toepassingals industriëleinstallaties meteenkoeltemperatuurtussen0 en-20°C. Als warmte-overdrachtsmedium(koudedrager)komendaarbij oplossingenvancalciumchloride,kaliumformiaat,ethanolof ethyleenglycol in aanmerking. Zie ookparagraaf6.2.

november2008 9/47

2.3 Dauwpuntskoelers

Dauwpuntskoelerskunnenlucht in eenbeperktemateafkoelendoordekoelendewerkingvanverdampendwater. Wanneereenluchtstroomwordtbevochtigd, stijgt hetvochtgehalteen daalt detemperatuur. Hoedrogerdelucht,hoemeerdeluchtstroomafgekoeldkan worden.Hetgrotevoordeelvandauwpuntskoelerst.o.v.conventionelemechanischaangedrevenluchtkoelingis dathetenergiezuinigis.Er is alleenelektriciteit nodigvoorhet aandrijven vandeventilatoren(in sommigeuitvoeringen)eenkleinewatercirculatiepomp.

Er zijn tweeuitvoeringen:deeenvoudigedessert-koelingendeindirectedauwpuntskoeling.Bij dessert-koeling wordt warme,drogebuitenluchtbevochtigdmetwater. Dit waterverdamptenkoeltdelucht.Deafgekoelde, vochtige lucht wordtvervolgensderuimtein geblazen.Dessert-koelingwordt in Nederlandweinig toegepast. Dit omdathetvochtin de ruimtebrengt, endeluchtpraktischniet verderafgekoeldkanwordendan2Kbovendenatteboltemperatuur.

Eenindirectedauwpuntskoelerbrengtgeenvochtin deruimteenkandeluchtafkoelentot onderdenatteboltemperatuur.Dit wordt gerealiseerddoorhetterugvoerenvaneendeelvandegekoeldeaanzuigluchtnaarhetnattedeelvan dekoeler. Hetdeelvandeafgekoeldeluchtdat wordt teruggevoerd noemenwe ‘proceslucht’. Dezeprocesluchtwordt bevochtigdin hetnattedeelenkoelt daardoornogverderaf. Vervolgensstroomtdekoude, vochtigeprocesluchtdooreenwarmtewisselaar. Deprocesluchtkoelt daardeaanzuigluchtaf endewarme, vochtigeprocesluchtwordtuiteindelijk afgevoerdnaar deomgeving. Hetdeel vandeafgekoeldeaanzuigluchtdatnietgebruikt wordtalsproceslucht,wordt in deruimteingeblazen.De inblaaslucht is ongeveer2/3 vandeaanzuiglucht.Omdatergeendirectcontactis vandeinblaasluchtmetwaterisergeenlegio.Vergelekenmetmechanischaangedreven aircosystemenkandeindirectedauwpuntskoeler nietontvochtigen,enis deinblaastemperatuurhogerentevensafhankelijkvandeweercondities.In depraktijk is eeninblaastemperatuur vanca.1Kbovendenattebolhaalbaar.Watbetekentdit voordeinblaastemperatuurophetheetst vandedag?Deglobalemaarsimpele benadering is datdezenetietsbovendelaagstetemperatuurvandeafgelopennachtligt.

Rekeninghoudendmetdezeeigenschappenkomenindirectedauwpuntskoelershetbesttot hunrechtin dezetweetoepassingen:- Voorschakelingbij eenmechanisch aangedrevenaircosysteem.De indirectedauwpuntskoelerskunnendeverversingsluchtvoorkoelen.- Topkoelingvan ruimteswaarinveel warmtevrijkomt en/ofveel geventileerdmoetworden. Voorbeelden:gaarkeukens, glazenshowrooms.De indirectedauwpuntskoelersworden dantoegapasti.c.m.verdringingsventilatie.

november2008 10/47

3 Werkgebied enontwerpcondities

Doordeeisen diehettekoelenprocessteltteoptimaliseren, ishetmogelijk omeenkoelinstallatie meteenhogeenergie-efficiencyteontwerpen.Naastdeal genoemdefactorendiebepalend zijn voordeC.O.P.(zieparagraaf1.2)zijn dekritischeontwerpfactoren:- deverdampings- en condensatietemperatuur;- dekoelbelasting;- bepalenkoelmachinecapaciteit;- hetgekozen ontwerpvoorhetkoelsysteem;- keuzekoudemiddel;- mil ieutechnischeenveiligheidsaspecten;- hettypecompressor;- (deellast)regeling.

Opdeze factorengaanwehierondernaderin.

3.1 Verdampings- en condensatietemperatuur

DeC.O.P. stijgt doorverkleiningvanhetverschil tussendeverdampings- encondensatietemperatuur.

TIP

Elkegraad(mogelijke) temperatuurverhogingvanhetproceslevert eenenergiebesparing van2-4%ophetenergiegebruikvandecompressor.

Dekeuzevandeprocestemperatuur is bepalendvoorde verdampingstemperatuur vandekoelinstallatieendaardoormedevoordeenergie-efficiencyvandekoudeopwekking.Ook is de toelaatbaretolerantieopdieprocestemperatuurvanbelangvoordevormwaarindeproceskoelermoetwordenuitgevoerd.

- Als eenbepaaldeprocestemperatuureengrote tolerantie toelaat, kandeproceskoeler als directe verdamper voorhetkoudemiddelvandekoelmachineuitgevoerdworden. Doorzuigdrukregelingisdaneenmin of meer constanteverdampingstemperatuurte handhaven,waarbij detemperatuurcirca6 à8 Konderdeprocestemperatuurligt.

- Als deprocestemperatuureenkleinetolerantie,of eenkleintemperatuurverschil tussen koelmedium enhettekoelenproducttoelaat, kaneenpompsysteemmet afscheiderwordentoegepast. Ook kandeproceskoelerindirect via een koudedragergekoeld worden.Bij hettoepassenvan eenpompsysteemwordtereen overmaat aanvloeibaarkoudemiddeldoordeverdamper gepompt. Dit betekentdatdeuitgaandestroomnognatis. In deafscheiderwordenvervolgensvloeistof engasgescheiden.Hetvoordeel vanditsysteemis dat deoppervlaktevandekoelergelijk blijf t endatdecapaciteit vandekoeleroptimaal benutwordt.Bij hetgebruikvaneenkoudedrager(of‘secundairkoelmiddel’) zoalsglycol of pekel, ishettemperatuurverloopvanhetoppervlak vandekoelergelijk aanhettemperatuurverschil tussenin- enuitlaatstroomvandekoudedrager.De temperatuurvanhetprocesisdan

november2008 11/47

regelbaardoordebietregelingvanhetsecundairekoelmiddel. Bij dit systeemiseenaanmerkelij kebesparingopdekoudemiddelinhoudmogelijk metpositievemilieueffecten. Het transport vandekoude-energievindt immersplaatsdooreenkoudedragerennietdoorhet koudemiddel.

TIP

Vuilopbouw en ontdooien van verdamperEenvuile of ingevrorenverdamperheefteenverlaagdeoverdrachtscapaciteit. Omdit tecompenseren moetdeverdampingstemperatuuromlaag,watextraenergiekost. HetRegelmatigreinigen vandeverdampereneen drukgestuurdeontdooi-regelingkunnengeld besparen.

De condensatietemperatuur is afhankelijk vanhetmediumwaarmeedevrijkomendewarmtevandecondensorkanwordenafgevoerd. Meestal is datmediumkoelwaterofomgevingslucht, somseenstofstroomdiegebruik kanmakenvandezerestwarmte.Indebrochures‘Waterkoeling’ en‘Luchtgekoeldewarmtewisselaars’ gaanwenaderin opdezeaspecten.

TIP

Elkegraad(mogelijke) temperatuurverlagingvandecondensorlevert eenenergiebesparing van2-3% ophetenergiegebruikvandecompressor.

Hetverdientaanbevelingomdekeuzevandecondensatietemperatuurgoedteevalueren. Dekeuzeheeft invloedopdevolgendefactoren:

- deenergie-efficiency vandekoelinstallatie;- deafmetingenvandecondensor;- deinvesteringskosten;- degeluidsemissievande(luchtgekoelde)condensor.

TIP

Onnodige energieverliezen bij een condensorNiet alleenvuilopbouwopeencondensor verhoogtonnodig deenergiekosten.Ookeenfoutepositionering van decondensorgeeft(veel) extraenergiekosten.Dit wordtveroorzaaktdoorrecirculatievanwarmelucht,blootstelling aanzonnestraling enhetinwendigopvullen met vloeistof.Simpeleeenmaligeaanpassingenkunnenveelenergiebesparen.

Tabel3.1 laatheteffectzien vandeverdampingstemperatuur(to) endecondensatietemperatuur(tc) opdeC.O.P.vooreenschroefcompressor.

Condities to/tc[°C]

Koudemiddel Koelvermogen[kW]

Opgenomenvermogen [kW]

C.O.P.

-5/30 NH3 1409 265 5,31-10/30 NH3 1162 261 4,45

november2008 12/47

-10/40 NH3 1096 331 3,31-5/40 NH3 1333 343 3,88

Tabel 3.1 Effect van proces- en condensatietemperatuur op de koudefactor bij eenschroefcompressor

3.2 Koelbelasting

De koelbelasting is dehoeveelheidwarmtedieuit hetproces(of productopslag)afgevoerd moetwordenomdegewenstetemperatuur tehandhaven.Omdekoelbelastingtekunnenvaststellenmoethet vereistekoelvermogengedurendedebedrijfstijd bekendzijn, of zogoed mogelijk worden geschat.Daarbij maak jeonderscheidin dag-, maand- enjaarbelasting; metdeteverwachten maximaenminimaendefrequentieverdelingdaarvan gedurendedebedrijfstijd.Demaximaleenergie-eff iciencywordtbereiktwanneerdekoelbelasting zo laagmogelijk is in combinatie metdeoptimalekeuzevandekoelinstallatie.Vanbelangzijnhierbij:

- Procestemperaturen groeperen,alser in hetprocesdiversetemperatuurniveausgewenstzijn, is het raadzaamomteproberendezein bijvoorbeeld tweetemperatuurgroepensamentevoegen. In datgeval kaneentweetrapskoelmachine(c.q.eenschroefcompressormeteconomiser)wordenoverwogen.

- De piekbelasting, omhetbenodigdekoelvermogenteoptimaliserenkandepiekbelasting (bijvoorbeeldbij batchprocessen)verminderd wordendoorhettoepassenvankoudebuffers.

- Energieverliezen minimaliseren, dooreenoptimaleisolatievandegebruiker(s)enhetleidingwerk.Koude-isolatiestelt hogeeisenaanonderanderededampdichtheid. Meerinformatiehierovervindt u in debrochure‘ Isolatie’.

- Trapsgewijze koeling, het procesmediumkanvoorgekoeldworden viaeenminderenergie-intensievemethodedooreenandereprocesstroomdiekouderis. Daarnahetprocesmediumopdevereiste temperatuurbrengendoormiddelvaneenkoelinstallatie.

- Pompen en ventilatoren alleenin bedrijf latenindiennoodzakelijk;- Roterende apparatuur bij sterk variërendedebieten voorzienvaneen

toerenregeling.

Bij eengekoelde productopslag in gebouwenisdekoelbelasting doorhetproductdatopgeslagenwordtmeestal relatief klein. In dit gevalkun je detotalekoelbelastingverlagendoor:

- Dewarmtebelasting via wanden,vloerendakteverminderen; hetaandeelhiervanin dekoelbelastingis circa20%waardooreenbetere isolatieal spoedigrendabel is.

- Het aantal luchtwisselingen als gevolg van het openen en sluiten van de deurente optimaliseren. Dit vormt 30%vandekoelbelasting endezekanverminderdwordendoorluchtsluizenof strippengordijnenendoorautomatischedeuren.

- De belasting door verdamperventilatoren te verminderen, zij vormencirca15%vandebelasting. Dit kanverbeterd worden doortoepassingvanhoogrendementsventilatoren,of ventilatorenmetgroterediameterswaardoorlageretoerentallenmogelijk zijn endooraan-/uitschakelingnaarbehoefte.

- De verlichting te optimaliseren, dezevormt 10%vandekoelbelasting enis teverminderendoorhoogrendementsverlichtingentijdigeuitschakeling.

november2008 13/47

- Het verbeteren van de ontdooicyclus alsdeverdamperin deopslagruimte isgeplaatst.Dit is somsverantwoordelijk voor15%vandebelasting (als, nahetsmeltenvanhetijs) hetontdooisysteemnietautomatischafschakelt.

- Bij eengekoelde productopslag in tanksis alleendewarmtebelasting vanuitdeomgevingvia dewanden,devloerenhetdakrelevant.

Figuur 3.1

3.3 Bepalen koelmachinecapaciteit- en verdeling

Jewilt voorkomendateenkoelinstallatiemeteente ruim of tekrapkoelvermogenontworpen wordtof zijn deellastconditiesnietmeteengoedrendementkandraaien.Daarommoet dekoudevraagzonauwkeurig mogelijk in kaart wordengebracht. Eennauwkeurigheid van10%is gewenst.Daarbij moetook rekeninggehoudenwordenmettoekomstverwachtingen.Elk deelprocesheeftopenig momenteenbepaald vermogenaanwarmte/koudenodig.Naasthetbepalenvanhetmaximalevermogenis juisthetverloopervan in detijd erg belangrijk. Berekendaaromdevermogensbehoefteopverschillendetijdschalen (jaar,week,dagenprocesduur).

Omdatdeinstallatie hetmerendeel vandetijd in deellastdraait is hetvanbelangdeconfiguratieendebesturing zo tekiezendathetrendementsverlies t.o.v.vollastbeperktblij ft. In hetalgemeengeldtdatgrotecomponentenof systemeneenbeter rendementhebbendankleine.Eencentraal systeem heeft dusdevoorkeurboveneendecentraalsysteem.Een minstenszobelangrijktweedevoordeelvaneencentraalsysteemisdegeringerevariatie in deellast.Dit komtdoordat ermeerderegebruikerszijn, welkvariatieselkaardeelscompenseren.

Dus: alsdebenodigdetemperatuurniveausdichtbij elkaarliggenis hetenergetischinteressant omdezetecombineren.Zekeralsdefysiekeafstandgeringis,anderskunnen transportverliezeneen rol gaanspelen.

november2008 14/47

Hetvollast-rendementvan deelsystemenof componentenis vaaksignificanthoger danin deellast.Het isdaaromzinvol om in deontwerpfasetestrevennaareenontwerpdatdeelsystemenof componentenzoveelmogelijk in vollastlaatdraaien.De juistemixvanparallelle compressorenkanervoorzorgendatin demeest gangbaredeellastconditiestochvollastrendementengerealiseerdkunnenworden.

In situatieswaar in deellaststerk afgewekenwordt vandegespecificeerdedraaicondities,moetgekekenwordenwatdeinvloedophet rendementis. Somsvraagtdit eenanderekeuzevanhetwerkingsprincipeof deuitvoering daarvan. In anderegevallenkanhetgeoptimaliseerd wordenmetslimmebesturingof metaanvullenderegelmogelijkheden, zoalsfrequentieregeling.

Omeenfoutievedimensionering vanhettotalesysteemte voorkomenis hetraadzaamom:

- uit tegaan van betrouwbaregegevensoverdeverwachtegebruikswijzevandeinstallatie;

- dekoelbelasting te (laten)bepalenaandehandvanvaktechnischehandboeken;- dekoelmachinecapaciteitzodichtmogelijk bij deoperationelecapaciteit te

kiezen;- apparatuurtegebruikenvangecertificeerdeleveranciersdiekoelersen/of

condensors leverenovereenkomstig Eurovent,waarmeeeengenormaliseerdeprestatiegarantiegegevenwordtvoorgeluidencapaciteit.

3.4 Ontwerp van het koelsysteem

Bij hetontwerpenvaneenkoelsysteemdatmeteenhogeenergie-efficiency voldoet aanalleeisen van het bedrijf sproces, staan velemogelijkhedenterbeschikking (ref. 1 en2).Niet alleeniser dekeusvoorhettypeaandrijving vanhetkoelsysteem, zoalsmechanischecompressie, absorptiemachinesof dauwpuntskoelers. Anderekeuzemogeli jkheden:

- één- of meertrapscompressie,cascadesysteem;- onderkoelingnacondensatieenoververhitting naverdamping;- gebruikvan restwarmte.

3.4.1 Eén- of meertrapscompressie, cascadesysteemDekeuzevanéén- of meertrapscompressiehangtmeestalaf vandedrukverhouding(Pc/Po) en/of persgastemperatuur. Debestekeuzeis danhetsysteemmethethoogsterendementeneen toelaatbarepersgastemperatuur.Let eropdatdepersgastemperatuurvaaktoeneemtin deellast; het is dusnodig omdezeook in deellasttebeschouwen.Doeje dit niet, danzit je latermisschienmetdeellastbeperkingen.

Bij zuigercompressorenbijvoorbeeldis demaximaledrukverhoudingcirca1:10.Daarbovenwordtdecompressiezó inefficiënt,endaardoordecompressie-eindtemperatuurzóhoog,datdegebruikelijke smeeroliën instabiel worden.Eenoplossingvoordit probleemvormthettweetrapscompressiesysteem (figuur3.1). Metdit systeemkun jeopefficiëntewijze eengroteredrukverhouding bereikenbij normalepersgastemperaturenvandecompressoren.In eentweetrapscompressie-installatiewordthethetegasafgekoeldtot deverzadigingstemperatuurbehorendbij detussendruk vandetweecompressoren. Omdattebereikenpasseerthetgasin deintercooler eenvloeistofbad. Eenanderemogelijkheidis afkoeling tot dichtbij genoemdeverzadigingstemperatuur doorvloeistofinjectie. Omdecapaciteit vandeverdamper te

november2008 15/47

verhogenendeC.O.P.teverbeteren,wordtvaakin deintercoolergelijkti jdig hetvloeibarekoudemiddelvanhethogedrukvloeistofvatof decondensoronderkoeld, opwegnaarhetexpansieventiel endeverdamper.

Eendaartoeontworpenschroefcompressorisbeterin staatommetgroteredrukverhoudingen omtegaandaneenzuigercompressor. Dit omdatergekoeldwordtdoorgrotehoeveelhedenolie in decompressorte injecteren.Hetnadeel hiervanis daterextrakoeling voordeolie vereist is. Bij modernemachineswordt deolieopdrukgehoudendoor:

- depersdrukwaarmeedeolie in decompressorwordtgeïnjecteerd;dit is vooralvantoepassingbij standaardmachines.Decondensatietemperatuurmag hierbijnietonderde23°C dalen;

- eenaparteoliepompwaarmeedeolie, dieaandeperszijdeis afgescheidenaandezuigzijde, weer in decompressor geïnjecteerd wordt. Dit is gebruikelijk bijindustriëlemachines,waardoordecondensatietemperatuurtot 10 °C kandalen.

Deenormehoeveelhedenoliedie in hetverledennodigwaren,zijn hierdoorin dehuidigeschroefcompressorenenigszinsteruggebracht,maarnogniet tot dezelfdeverhoudingenalsbij dezuigermachines.Oliekoelingvindtplaats in eengedeeltevandeluchtgekoeldecondensorof doormiddelvaneenplatenwarmtewisselaar bijwatergekoeldesystemen.Ookbij schroefcompressorenis hetmogelijk omeenhogereenergie-efficiencytebehalendoorhetgebruikvaneenboostersysteemmetdehiervoorbeschreventussenkoeling.

Eencascadesysteemis eenvormvanmeertrapscompressie waarvandein seriegeschakeldekoelcircuitsfysiekgescheidenzijn dooreenwarmtewisselaar. Opdiemanierkun je dekoudemiddelkeuzeperkoelcircuit vrij kiezen.Decondensorvandeeerste trapfunctioneert alsdeverdampervoordetweedetrap,dieeenconventioneelkoudemiddelin dekringloopheeft. Cascadewordt in devolgendesituatiesveeltoegepast.

- Toepassingenmeteenverdampingstemperatuurlagerdan-50°C.Zuigdruk/zuiggasdichteidwordt dan zo laagdatereencompressor nodigis dieeconomischgezienniet rendabelis. Eenvoorbeeldvaneentypischetoepassingvantweetraps-cascadekoelingis devloeibaarmakingvanethyleen(- 170°C).Dekeuzevooreen cascadesysteem is dandebesteoplossing(zie figuur 3.2).

- Vriestoepassingen(-25̊ C tot -50̊ C) waarbijergestreefdwordtnaareenbeperkteammoniakinhoudenwaarzichenkelammoniakin demachinekamerbevindt.Bij deze toepassingenwordt er regelmatig gekozenvoorCO2 alskoudemiddel in hetlagetemperatuurcircuit. DusmeteenCO2-compressor.Bijdehogeretemperaturenis hetinteressanteromCO2 alsverdampendkoudedragertegebruiken,dusmeteenCO2 -vloeistofpomp. Danspreekje nietmeervaneencascadesysteem, maarvaneenindirectsysteemmetverdampendekoudedrager.In ref. 4 is eencascadesysteem(ammoniak/koolzuur)beschrevenvooreen vrieshuis (- 25°C). Daarbij wasdeopzetomhetvolumeammoniakinhetsysteemtebeperken.

november2008 16/47

Figuur 3.2Schema cascade-compressiesysteem

3.4.2 Onderkoeling na condensatie en oververhitting na verdampingOnderkoeling vanhetgecondenseerdekoudemiddelis alleenmogelijk bij installatieszondervloeistofvatof daarwaargebruikgemaakt wordtvaneenwarmtewisselaarin devloeistofleidingnáhetvloeistofvat.Doorhetgecondenseerdekoudemiddel bij decondensordruktekoelentot benedendeverzadigingstemperatuurontstaateenonderkoeldevloeistof. Hierdoorwordt deenergie-efficiencyenigszinsverhoogd.Bovendienkrijg jeextrakoelcapaciteit zonderdatmeer(elektrische)energieverbruiktwordt.Daarnaast isonderkoeling vooralvanbelangomhetontstaanvanontspanningsdamp(flashgas)in devloeistofleidingvóórdeexpansieventielentevoorkomen.In eenenkeltrapscompressiesysteemcreëerje onderkoeling doormiddelvan:

- Decondensor,alsdewarmteafvoervanhetkoudemiddelnacondensatie in eenaparteonderkoelingsbundelvoortgezetwordt; dit isalleenmogelijk alsdecondensorookdienstdoetalsvloeistofvat.

- Hetgebruik van een apartenakoelernahetvloeistofvat.- Devloeistofleiding tot hetexpansieventiel, alsdeongeïsoleerdeleiding daarbij

warmtekanafstaanaandeomgeving.Ookkandegecondenseerdevloeistofmeteenseparatewarmtewisselaaronderkoeldwordendoorhetkoudegasin dezuigleidingnaar decompressor. Eendergelijke warmtewisseling is ookmogelijk doordevloeistofleidingen dezuigleiding tegenelkaar te leggenentesolderen.

Bij eentweetrapscompressiesysteemkanhetkoudemiddelvandetussentrapgebruiktworden omdevloeistofuit hetvloeistofvatteonderkoelen(figuur 3.1). Bij eenwarmtewisselaar vindt danafkoelingplaatstot circa5 K bovendeverzadigingstemperatuurvandetussentrap. Bij eenkoelermetontspanningsverdampingtot deverzadigingstemperatuurvandetussentrap.

Oververhitting vanhet zuiggas is detoenamevan detemperatuurvanhetkoudemiddelbovendeverdampingstemperatuur.Heteffectopdeenergie-efficiency ishierbij echterafhankelijkvanhettoegepastekoudemiddel. Dit omdatdeopwarmingvanhetzuiggasinvloedheeftopdedichtheidendusopdemassastroomnaardecompressor.Hierbijkandecapaciteit vandecompressorverminderenterwij l hetenergieverbruik gelijkblij ft. Oververhitting is:

november2008 17/47

- rendabel, alshetkoudemiddelwarmteopneemtendaarbijeenbijdragelevertaandekoeling,bijvoorbeeld in eenverdampermet drogeexpansieeneenthermostatisch expansieventielof eenvloeistofonderkoelerm.b.v.zuiggas;

- onrendabel, alsdezuigleidingwarmteopneemtuit deomgevingendaardoorhetrendementvandecompressor verlaagt.In diesituatiesmoetdezuigleidingvandeverdamper naardecompressor (dampdicht) geïsoleerd zijn. Dit terverbetering van deenergie-eff iciency.

Maarer is ookenigeoververhittingnoodzakelijk omtevermijdendatervloeistof in deleidingnaardecompressorwordt meegezogen.Metdeconventionelethermostatischeexpansieventielenwasdaarvoorrelatiefveeloververhitting vereist,maardeintroductievandeelektronischgeregeldeventielenheeft geleid tot lagereoververhittingvanhetgasuit deverdamper,omdatdieexpansieventielenookcorrectwerkenbij kleinetemperatuurverschillen. Deelektronischgeregeldeexpansieventielenkunnen aldusbijdragenaaneen systeemmeteen betereenergie-efficiency.

3.4.3 Gebruik van restwarmte uit het koelprocesTot demogelij khedenomdeenergie-efficiencyvanhetkoelprocesteverbeteren,behoorthetbenuttenvaneventuelerestwarmteuit hetkoelproces.Er zijn drieonderdelen in hetkoelproceswaar restwarmtebenutkanworden.

- De leidingmethethetekoudemiddelnadecompressie,meteentemperatuurvan70 tot 90°C(vooral bij ammoniak). Dit gaskanafgekoeldwordenmet eenwarmtewisselaar(de-superheater) tussencompressorencondensor. Naarverhoudingis dehoeveelheidoververhittingswarmteechtergering.

- De condensor meteentemperatuurvan10à20K boven dievan deomgevingsluchtof het koelwater.Het beschikbaar vermogenis desomvanhetkoelvermogeneneen grootdeelvan hetopgenomen elektrischvermogen.Doordelagetemperatuur (30 tot 50°C) is dezewarmtebeperkt toepasbaar,bijvoorbeeldalseenverwarmingsmediumvan40°Cvoor gebouwen,indienhetgebouwsysteemdaarvoor is uitgelegd.

- Dewarmte van koelen smeerolie bij schroefcompressoren,meteentemperatuur tussen60en80°C. Hetwarmtevermogenin desmeerolie kantot50%vanhetopgenomenelektrischvermogenbedragenbij installatiesmetammoniak.

Het is vanbelangombij iederprojectnategaanof hetterugwinnenvandecondensorwarmtevoorverwarmingsdoeleindennieteennegatieveinvloedheeftophetenergiegebruik vandekoelinstallatie.Dit kanhetgevalzijn alsdecondensorcontinutenbehoevevandieverwarming meteenhogerecondensatietemperatuurmoetfunctioneren, terwij l erookeenkoelendmediumvoordecondensor meteen lagetemperatuurterbeschikkingstaat.In eendergelijk gevalkandebesparingaanverwarmingskostenwel eenskleineruitvallendandetoegenomenkostenvoordekoelinstallatie doordehogerecondensatietemperatuur.De restwarmtevandepersgasleidingof desmeerolie (enin minderematevandewatergekoeldecondensor) kan bijvoorbeeldnuttig toegepastwordenbij devoorverwarmingvankoudsuppletiewatervoorstoomketels,voordouchewaterenvoorvloerverwarming (grondverwarming)ondereenvrieshuis.Dewarmeluchtvanluchtgekoeldecondensorskanvoor ruimteverwarminggebruiktworden.

november2008 18/47

3.5 Koudemiddelen

Vandebeschikbarekoudemiddelenzijn erwaarschijnli jk meerderegeschikt voorhet teontwerpenkoelproces, maardeindividueleenergie-efficiencieskunnensterkverschillen, ziedebrochure ‘Koudemiddelen’.

3.6 Milieutechnische en veiligheidsaspecten

Demilieutechnischeenveiligheidsaspectenzijn nietdirectbepalendvoordeenergie-efficiency,maarhebbener indirectwel invloedop. Bijvoorbeeldbij dekeuzevancompressoren,koudemiddel,smeermiddel encondensorkoeling.

3.6.1 Eisen en verplichtingenOphetgebiedvanveiligheidenmilieu geldenverschillendebesluitenenrichtlijnen.Koelinstallatiesmoeten voldoenaandeRLK (Regeling Lekdichtheid Koelinstallatiesvoor installatiesvoorzien vanchemischekoudemiddelen),deGPS13 (PublicatiereeksGevaarlijkeStoffenm.b.t.Ammoniak),ATEX 95 (explosieveiligheid),dePED(hetBesluit Drukapparatuur)endeNEN-EN 378(KoelsystemenenWarmtepompen-Veiligheids- enMi lieueisen).

3.6.1.1 RLKTenaanzienvan gasemissiesnaaromgevingsluchtdoorlekkagevankoudemiddelHFC’engeldtdeRegelingLekdichtheidKoelinstallaties(ref. 13).

- Voor koelinstallatieszijn doordeoverheid voorschriftenopgesteldvoordekwaliteit vandetoetepassenapparatuurmetleidingwerk,voorperiodiekecontrolesentervoorkoming vanlekkages.

- Installatiebedrijven voorkoeltechnischeapparatuurmoetengecertifi ceerdzijndoor deSTEK,deStichtingErkenningsregeling uitoefeningvanhetKoeltechnischinstallatiebedrijf .

- Degebruikeren/of eigenaar vaneen koelinstallatie, werkendmetchemischekoudemiddelen,moeter rekeningmeehoudendathetgebruik vanCFK’s isverboden. Bovendienzijn HCFK'sniet meertoegestaanin nieuweinstallaties;op termijn zijn zegeheel verboden.

- Bij iedereinstallatiemeteeninhoudvanmeer dan3 kg koudemiddel,moeteeninstallatiegebondenlogboekaanwezig zijn. Degebruikervandeinstallatieis erverantwoordelijk voordatdit logboekwordtbijgehoudenendathij/zij, voorinstallatiesgevuldmetHCFK’sof HFK’s,uitsluitendopdrachtenvoornieuwbouw,onderhoudenafbraak verleentaaneenSTEK-erkendeinstallateur.Debetrokkenmonteursmoetenbovendienbeschikkenover eenCFK-diploma.

In detoekomstzijn alleennogHFK’sennatuurlij kekoudemiddelen(onder andereammoniakenkoolzuur) toegestaan,ziedebrochure ‘Koudemiddelen’.

3.6.1.2 PGS 13 AmmoniakDeRichtlijn PGS13heeft uitsluitendbetrekkingopdetoepassingvanammoniakalskoudemiddelin koelinstallatiesenwarmtepompen.Doel is omdeveiligheidtewaarborgenbij hetgebruik vanammoniak.In dePGS13komenaandeorde:

- classificatie: maximaaltoegestanetotalehoeveelheidammoniak in relatie totdeverblijfsruimte,deopenstelling enhettypekoelsysteem;

- ontwerpeisenaandekoelinstallatie;- eisengesteldaandeveiligheidsvoorzieningen;

november2008 19/47

- eisenaanbeheer, controle,onderhoud entoezicht;- keuringeninspectie.

Zie ref. 5.

3.6.1.3 ATEX 95 (Richtlijn (94/9/EG))EuropeseVeili gheidsvoorschriftenin eenexplosiegevaarlijke omgeving(vantoepassingvoorbrandbarekoudemiddelen). OnderdeATEX-richtlijn vallenalleapparatuur(elektrischenniet-elektrisch)enbeveiligingssystemendiebedoeldzijn voorgebruikin explosiegevaarlijke ruimten.

Het toepassingsgebiedbetreft plaatsenwaaralsgevolg vanplaatselijke enbedrijfsomstandighedeneenexplosieveomgevingkanontstaandoormengselsvanzuurstofenontvlambarestoffenin devormvangassen,dampen,nevelsenstofonderatmosferischeomstandigheden,waarin deverbrandingzichnaontvlamming uitbreidttot het geheleniet verbrandemengsel.DeATEX-richtlijn is niet vantoepassingopzeeschepenenmobieleoffshore-installaties,alsmededeuitrustingaanboordvandezeschepenof installaties. Eenenandervalt al onder hetIMO-verdrag(IMO = InternationaleMaritiemeOrganisatie).

3.6.1.4 PEDHetBesluitDrukapparatuur, geldendvoorbijnaallekoeltechnischeapparatuur, is vankrachtsinds29mei 2002(zie ref. 14en 15). Daarinstaatondermeeromschreven:

- Wanneer degebruikereenkoelinstallatiein gebruikwil nemenenin werkingwil houdendievalt onderhetBesluitDrukapparatuur (afhankelijk vaninhoud/druk/leidingdiametersenkoudemiddel),moetergekeurd wordenomveilig gebruik engoedonderhoudzekertestellen.

- Dekeuringomvatdeverificatie vandedrukapparatuur,controlevandeuitwendigetoestand,dewerking vandeveiligheidsappendagesendeopstelling,doorof in overlegmeteenNOBO.

- Degebruikermoetformeeldekeuring aanvragenenwel bij nieuwbouwen bijherlocatie.

- De gebruiker dient tijdens de gebruiksfase voor het aflopen van deherkeuringstermijn een herkeuring aan te vragen.De keuring voor ingebruikneming en de herkeuring zijn van toepassing op inde Warenwetregeling Drukapparatuur aangegeven apparatuurcategorieën.

3.6.1.5 NEN-en 378BinnendeEuropeseUnie is nuvoorkoelsystemenenwarmtepompendeEN 378vankracht.DeNederlandsevertalingis verschenenalsNEN-en378,‘Koelsystemen enWarmtepompen - Veiligheids- enMilieueisen’ (zie ref. 7). Dezenormbestaatuit vierdelen:deel1: basiseisen,definities,classif icatieenselectiecriteria;deel2: ontwerp, constructie,beproevingen,merken endocumentatie;deel3: installatieplaatsen persoonlijkebescherming;deel4: bediening,onderhoud,reparatieenhergebruik.

3.6.1.6 KoelwaterHetgebruikvanbronwatervoorkoeldoeleindenwordt door deoverheidbeperkttoegestaan.Teneerstewordt eropbasis vandewaterkaartbepaaldof hettoegestaanisomgebruiktemaken vanbronwater. Daarnaastiseraltijd deaanvullendeeis totegalisatie.Het toevoegenvanwarmteaangrondwatermoetbinneneenperiodevandrie

november2008 20/47

jaarwordengecompenseerdmiddelshetonttrekkenvanwarmte,zodatergeennettoeffectontstaat.

3.6.1.7 GeluidsemissieBij eenkoelinstallatie vormendecompressorenendeverdampings- enluchtgekoeldecondensorsbelangrijkegeluidsbronnen. Ookdevoortplantingvanhetcompressorgeluidvia het leidingwerkkaneenbelangrijke bijdrageleverenaandegeluidsbelasting.Dooreenoptimaal ontwerpvan deapparatuureneenaccurateuitvoeringvanisolerendemaatregelenkantochwordenvoldaanaandegeluidsemissienormen.

november2008 21/47

4 Componenten vanhetkoelsysteem

Tot decomponentendiewe in dit hoofdstuknaderbeschouwenmethetoogopdeenergie-efficiencybehoren:

- compressoren;- condensors;- verdampers.

Overigeaspectenzoals:- regeling;- warmteoverdrachtsvloeistoffen alssecundairekoudedragers;- koudebuffers;- oliewaskolom;- automatischeontluchter;

worden behandeld in separatehoofdstukken.

4.1 Compressoren

4.1.1 AlgemeenDecompressorkanuitgevoerd zijn alseenzuiger-, scroll-, schroef- ofcentrifugaalmachine.Deaandrijving daarvangeschiedtmeestalmeteenelektromotor,waarbijdeuitvoeringvandeverbindingtussenmotor encompressoropéénvandevolgendewijzenis uitgevoerd:

- Hermetische compressor, despecialemotorendecompressorzijn directgekoppelden gezamenlijk in één(meestal gelaste)behuizingondergebracht;demotorwordtgekoeld doorhetaangezogen(gasvormig) koudemiddel,waardoordeenergie-efficiencyverlaagdwordt. Doordegasdichtebehuizing is lekkagevankoudemiddelniet teverwachten.Dezeuitvoering isgebruikelij k voorzuiger- enscrollcompressorenmet motorvermogenstot 15kW.

- Semi-hermetische compressor, demotorencompressorzijn directgekoppeldvia een flensverbinding,maardebehuizing is gedeeltelijk toegankelijkwaardooreenvoudigonderhoudmogelijk is. Afhankelijk vanhetfabrikaatvindt somsvanafeenmotorvermogenvan1 kW, enboven8 kW altijd, dekoelingvandemotor plaatsmethetaangezogen(gasvormig) koudemiddel,hetgeendusdeenergie-efficiencynadelig beïnvloedt. Omdatook hiereenasafdichtingontbreekt,is ergeenkansop lekkagevanhetkoudemiddelviacompressorof asverbinding.

- Open compressor, denormmotoris directvia eenkoppeling,of indirect meteensnaaroverbrenging, verbondenmetdecompressor. Demotoris meestalluchtgekoeld. Dit heeft eengunstigeffectopdeenergie-efficiencyvandekoelinstallatie.Hier is eenzeergoedeasafdichtingvandecompressor vereistomlekkagevankoudemiddeltevoorkomen.Dezeuitvoeringis in dechemischeindustrieen voormotorvermogensvanaf 25kW demeestgebruikelij ke.

Hetkoelenvandeelektromotordoorhetaangezogengasvanuit deverdampervermindert hetbeschikbarekoelvermogenvandecompressor. Uitwendig gekoeldetypen,waarbij hetzuiggasdusdirectnaardecompressorstroomt,hebbencirca8%

november2008 22/47

meerkoelvermogen.Bovendienis hetprincipieelefficiënterommetomgevingslucht tekoelen. Bij deopencompressorenis ereenvrijekeusin hettypemotor.Daarom is hetaante radenomin diegevalleneenhoogrendementsmotor tekiezen,dieeen circa3%hogerrendementheeft dandestandaardmotorbij ongeveergelijke investeringskosten(ref. 3). Bij hetvergelijken vankoelcompressorenvooreenbepaaldetoepassingkandeEuropeseNormEN 12900(ref. 17) als basisdienenomdecompressorenvandiversetypenen fabrikantenmet elkaartekunnenvergelijken.

4.1.2 ZuigercompressorenZuigercompressoren wordenbij koelmachinesnogveelvuldig toegepast, zelfsbij watgroterevermogens,waarbijgedachtkanwordenaan8 tot 24cilinderspermachine(figuur4.1). Het isnogsteedsgebruikelijk omoliegesmeerdecilinderstoetepassen,omdatolievrije compressorenzeerkostbaarzijn engeenzwarebelastingenaankunnen.Eenzuigerheefteenaantalspecifiekepositieveennegatieveeigenschappen:

+ Hetgrotevoordeelvandezuigercompressorisdatdezezichautomatischaanpastaanveranderingenvandezuig- enpersdruk.Dedrukverschil-gestuurdekleppenpassen huntiming automatischaan, zodathetrendementookbij sterkeafwijking vandegespecif iceerdeconditiesgoedblijft .

+ Doordegoedeafdichtendewerking vandezuigerendekleppendoet dezuigercompressorhetookgoedbij conditiesmetgrotedrukverschillenzoalsdezeoptredenbij CO2 alskoudemiddel.Door degeringeinternelekkaneenzuigercompressoreengoed volumetrischrendementhalen.

- Dekleppenvan eenzuigercompressorkunnenslecht tegenoverbelastingdoorbijvoorbeeldvloeistofof natgas.

Figuur 4.1Zuigercompressor met 12 cilinders

november2008 23/47

4.1.3 Scroll compressorenVoor dekleinerekoelvermogenstot 40kW staanookscroll- (spiraal-)compressorenterbeschikking.Dit zijn compressoren dieeenvasteneenroterendelementhebben,waarbijhetkoudemiddelin eengroefvanderotor in derichtingvandeasgecomprimeerd wordt.Zezijn alshermetischecompressoruitgevoerden alleeninstandaardkoelapparatuuringebouwd(airconditioning,kleinekoel- envriesinstallatiesenin hetbijzondertransportkoeling).Tenopzichtevan dezuigermachineshebbenzeminder trill ingeneneenlageregeluidsbelasting. Bij toepassingenboven0°C isdeenergie-efficiencyvaakhogerdandievandezuigercompressoren;beneden0°C is dezuigercompressorteprefereren.

4.1.4 SchroefcompressorenHetgebruikvanschroefcompressorenin dekoudetechniekneemtnogsteedstoe. Datkomtdoorderobuustetechniekvandit typeendelangeonderhoudsinterval.Demeesttoegepastezijn deoliegesmeerdetweeschroefscompressoren deenkelschroefscompressor, al of nietmet eeneconomiservoor lagereverdampingstemperaturen(figuur 4.2). Eenschroefheeft eenaantal specifiekepositieveennegatieveeigenschappen:

+ Doorhetgeringeaantalbewegendedelenisdeschroefcompressorzeergeschikt omlangdurigenonderzwarebelasting te functioneren.

+ Eenschroefcompressorkanvoorzienwordenvaneeneconomiser.Met eeneconomiserkun jedesmoorverliezenbeperken door tesmorenin tweefases.Hetgasdatontstaatbij hetsmorenvandepersdruknaardetussendrukkandoordecompressorvia eenextrapoorthalverwegedeschroevenaangezogenworden.Dit betekent datnietal het gasdatontstaatbij smorenvanzuigdruknaarpersdrukgecomprimeerdhoeft teworden.Dit geeft metnameeenrendementsverbeteringbij synthetischekoudemiddelenwaardesmoorverliezenrelatief grootzijn.

+ Decompressiewarmtewordt vooreengrootdeelopgenomendoordesmeeroliedie in decompressorgeïnjecteerd wordt,waarbijdeolie tevensdeafdichtingbij derotorenverzorgt. Dewarmte-opnamevandeolie verlaagtdepersgastemperatuurwaardoorhogeredrukverhoudingenmogelijk zijn.

- In tegenstelling tot dezuigercompressorheeft deschroefcompressoreenvastevolumeverhouding,afhankelijk vandeconstructie engeometrie. Bij demoderneschroefcompressorenis hetmogelijk omdeinwendigegeometrie aantepassen aan degewenstedrukverhoudingtussendeverdamper- endecondensordrukin hetsysteem(VI-regeling). DoordezeVI-regelingkaneenschroefcompressorconditiesdiebeperktafwijki ngvandegespecificeerdeconditieszondersignificantrendementsverliesdraaien. Wijzigt dedrukverhoudingteveel,danontstaan er groteverliezendooronder- ofovercomprimeren.Bij de(energetischgezienzeergoede)keuzeomdecondensordrukin dewintermeete latendalenmetdeomgevingstemperatuurkunnenproblemenontstaan.Controleer altijd of deschroefcompressorzoweldezomer- alsdewinterconditiesaankan.

- Bij hogedrukverschillenis erveel olie nodig omdeinternelek tebeperken.Ditgaatten kostevan hetrendement.

november2008 24/47

4.1.5 CentrifugaalcompressorenDaarwaargrotevolumestromenkoudemiddelgecomprimeerdmoetenworden,kandecentrifugaalcompressortoegepastworden,bijvoorbeeldbij grotewater- ofpekelkoelmachines.Deeerstekoelmachinemet eencentrifugaalcompressoris al in1922geïntroduceerd. Vanafeencapaciteitvan1200kW kunnencentrifugaalmachinesin aanmerkingkomen; beneden1200kW valt tochmeestaldekeuzeopeenschroefcompressor. Decentrifugaalmachineszijn in hetalgemeengeselecteerd, passendbij deverdampersencondensorsvan deleverancier, en wordendan alsstandaardpakketgeleverdmethetkoudemiddelR-134a.Voor grotecapaciteitenenbijzondereomstandigheden kunnencentrifugaalkoelmachinesookvolgensspecificatie vandegebruikergeleverdworden.Dezehebbendebesteenergie-efficiency bij eenlangdurigbedrijf meteenredelijk constantebelasting.

Figuur 4.2Enkeltrapsschroefcompressor

Als ookstructureel bij deellastwordt gewerkt,kandefabrikantspecialevoorzieningentreffenomdeenergieverliezentebeperken.Bij denieuwstestandaardmachinesmetR-134ais hetexpansieventielvervangendooreenexpansieturbine. Hierdoorverbetertdeenergie-efficiencymetcirca10%(figuur4.3). Hetenergieverbruikiscirca0,16kW perkW koelvermogen,duseenC.O.P.van 6,2.Eenanderemogelijkheidomdeenergie-efficiency teverbeteren,is gebruikmakingvaneeneconomiserbij tweetrapscompressoren. Dedrukverlagingvancondensor- naarverdamperdrukvindt dan in tweetrappen plaats,waarbij hetflashgasnadeeerstedrukverlagingdirecttussen deeersteendetweedetrapvandecompressorwordtingebracht; dit heeftbijnahetzelfdeeffectophetrendementalseenexpansieturbine.Centrifugaalmachineswordenbij voorkeurtoegepastbij langdurigebelastingengrotecapaciteiten.

november2008 25/47

Figuur 4.3

4.2 Condensors

Hetoververhittegasvormigkoudemiddelwordt in decondensorachtereenvolgensgekoeldtot decondensatietemperatuurengecondenseerd.Decondensorkandeopgenomenwarmteuit hetkoudemiddelafvoerennaareenkoelmiddelnaardeomgeving viawateren/oflucht.

Demethodeomdecondensorwarmteaf tevoerenheeft groteinvloedopdecondensatietemperatuurendusopdeenergie-efficiency.Bij hettoepassenvanwaterligt de(jaargemiddelde)condensatietemperatuurlagerdanbij drogecondensors.Daarnaast leidthet selecterenvaneen groterecapaciteit tot hetverlagenvan decondensortemperatuur doorhetlagerebenodigdetemperatuurverschil. Eenevaluatievanenigevariantenis meestalnodigomtekomentot eeneconomischhaalbareenenergie-efficiënteoplossing. Demeesttoegepastetypencondensorszijn:

- Watergekoelde condensor; dewarmtewisselaarkandevorm hebbenvaneenpijpenbundelwarmtewisselaar, waarbij het koelwaterdoordepijpenstroomt.Terbeperkingvanhet koudemiddelvolumekanechterookeen(gedeeltelijkgelasteof hardgesoldeerde)platenwarmtewisselaartoegepastworden.Dehaalbarecondensatietemperatuuris voorNederlandin hetwarmejaargetijde:

o bij doorstroomsystemenmet bronwater,circa20à25°C;o bij doorstroomsystemenmet oppervlaktewater, circa30à35°C;o bij circulatiesystemenmet koeltorenwater, circa32à35°C.Dit

systeemheeftvrijwel dezelfde energie-efficiencyalsdeverdampingscondensor(zieverder).

Decondensatietemperatuurwordt in hetalgemeengeregelddoorvariatie vandehoeveelheidcirculerendkoelwater.

november2008 26/47

- Luchtgekoelde condensor; dezebestaatmeestal uit eenrechthoekigblok,opgebouwduit pijpen(koudemiddeldoordepijpen). Depijpen zijn uitwendigvoorzienvanopgeperstelamellenterverbeteringvandeluchtzijdigewarmteoverdracht. Deaf tevoerenwarmtewordtopgenomendoorlangsendoorhetblok stromendebuitenlucht.Daartoeis iedere luchtgekoeldecondensorvoorzienvanéénof meerdereventilatoren.Afhankelijk van detoepassing wordtgebruikgemaaktvankoperenpijpenmetaluminiumlamellen(niet geschiktvoorammoniak); volbadverzinktestalenpijpenenlamellen;vollediguit roestvaststaal vervaardigdecondensorblokkenenvolledig uitaluminium vervaardigdecondensorblokken.In eenzouteencorrosieveomgevingkun jekoperenvinnengebruiken, maarwordtmeestal eenbeschermlaagaangebrachtophetwarmtewisselendoppervlak.

Decondensatietemperatuur is afhankelijkvandetemperatuurvandeaangezogenbuitenlucht. In dezomerkandecondensatietemperatuurdaarbijoplopentot 45à50°C. Onderwinterseomstandighedenkandecondensatiedrukzodaniglaagwordendatonvoldoendedrukval(tussencondensatiedrukenverdampingsdruk)overhetexpansieventielwordtgecreëerd. Zo wordt teweinig vloeibaar koudemiddelingespoten,metalsgevolgdatdeverdampingsdruken-temperatuurgaan dalen.Men spreektdanvan‘overcondensatie’ . Doorbijvoorbeeldéén of meerdereventilatorenuit teschakelen,of vaneentoerenregelingtevoorzien,kandecondensatiedrukkunstmatig voldoendehoogwordengehouden(minderluchtbetekentminderafvoervanwarmte). In debrochure ‘Luchtgekoeldewarmtewisselaars’ wordtnaderingegaanopdedetails.

- Verdampingscondensor (bevloeideluchtgekoeldecondensor); debouwenwerkwijze is grotendeelsgelijk aandievandeluchtgekoeldecondensor,metdienverstandedater gladdecondensorpijpenzijn toegepastdieuitwendignogbesproeidworden metwater. Doordiebevloeiing is detemperatuurvandebuitenzijdevandecondensorpijpengelijk aandeheersendenatteboltemperatuurvandeomgevingslucht.Daardooris dehaalbarecondensatietemperatuur in dezomer circa30à35°C. Deconsequentiesvaneenverdampingscondensorzijn:

o eenwatercirculatiesysteemmetverdamping ensuppletie, dusbijkomendwater- enenergieverbruik;

o (chemische) waterbehandeling;o meer kansopuitwendigevervuiling vandecondensorpijpendanbij de

luchtgekoeldecondensor.

In debrochure‘Waterkoeling’ wordt naderingegaanopdedetails.

- Hybride condensor; dit typekan zowel fungerenalsverdampingscondensorindewarmeperiodesof alsluchtgekoeldecondensorin dekoudereperiodes.T.o.v. een verdampingscondensoris ereengereduceerd waterverbruik.

Hetopgenomenelektrischvermogenvandegenoemdedrie typencondensorsontlooptelkaarweinig:

- dewatergekoeldecondensor gebruiktenergievoordepompenvoordekoeltoren;

- deluchtgekoeldecondensorgebruiktenergievoordeventilatoren;

november2008 27/47

- debevloeidecondensorgebruikt energievoordesproeipompendeventilatoren.

4.3 Verdampers

Deuitvoeringvan deverdamperswordt, in tegenstelling tot dievandecondensors,veelal bepaalddoorhetdoelwaarvoordeverdampingsenergiegebruikt wordt:

- hetkoelenvanlucht (of hetdirectkoelenvaneenkoel- of vriesruimte);- hetkoelenvaneenvloeistof(water, pekelof eenkoudedrager);- hetkoelenvaneenemulsie;- hetkoelenvaneenvastestof;- hetkoelenvaneenprocesreactor.

Daarnaast wordtdeuitvoeringbepaalddoordemanierwaarophetkoudemiddel wordtingespoten.Bij kleinesystemengebeurt dit meestalvia directeexpansie.Bij grotesystemen(met bijvoorbeeld ammoniak)gebruiktmenvaakbadverdampers,zogenaamdenatteverdampersof ‘ flooded’ systemen.Debekendste typen verdampersdievoordegenoemdetoepassingenin aanmerkingkomenzijn:

- directeexpansie lamellenblokken;- verdampersmetpompcirculatie;- badverdampers;- directeexpansiepijpenwarmtewisselaars;- platenwarmtewisselaarsin diverseuitvoeringen;- falling fi lm verdampers met pijpenof verdamperplaten;- dompelspiralen;- geschraaptewarmtewisselaars.

In devolgendeparagrafen wordenenigetoepassingenbehandeld.

4.3.1 Het koelen van luchtBij hetkoelenvanluchttenbehoevevanairconditioningof koelen vriescellen wordtbij kleinesystemenmeestaldirecteexpansiein lamellenblokken of spiralen toegepast.Hierbij wordtdeluchtgeforceerd doorhetblok of langsdespiraalof serpentijngevoerd. Eenlamellenblokbestaatuit eenaantalgevindepijpendie in eenblokvormzijn samengebouwd.Bij uittredeuit deverdampermoetallevloeistof verdampt zijn omtevoorkomen dat decompressor vloeistofkanaanzuigen.Daartoehandhaaftderegelingmeestal een lichteoververhitting van6-10 K bij uittrede.Hetgevolghiervanisdatcirca25%vanhetkoeleroppervlak nodigisvooroververhitting.Bij toepassingenwaarbij detemperatuurvanhetkoeleroppervlak lageris dan-4°C,vriezendelamellenaandoor vochtin delucht,zodater regelmatig ontdooidmoetworden. Doordevermindering vandewarmteoverdracht naardeluchtcontinutemeten,kanhetontdooiprocestijdig gestartworden.Als hetijs opdelamellenontdooidis, wordtautomatischhetontdooiengestopt.Opdezewijzewordtontdooidmeteenaanzienlijkhogereenergie-efficiencydanbij eenop tijd gebaseerdeschakeling.De lamelafstand isbij luchtbehandelingcirca4,0 mm,voorkoeling 4-6 mmenbijvriestoepassingen7-10mm.Bij groteresystemenwordt bij voorkeurpompcirculatietoegepast. Daarbij wordt vanuiteenvloeistofvatmetafscheidervloeibaarkoudemiddel doordeluchtkoelersgepompt.

november2008 28/47

4.3.2 Het koelen van vloeistofOmvloeistoffen tekoelenstaandiverseuitvoeringenvanwarmtewisselaarsterbeschikking,afhankelijkvandethermodynamischeeigenschappenvankoudemiddel endetekoelenvloeistof.

- Pijpenbundelwarmtewisselaar (shell and tube). Bij drogeverdampingdoormiddel van directeexpansievloeit hetkoudemiddeldoordepijpenendetekoelenvloeistof doorderomp. Derompis voorzienvankeerschottenomeenkruisstroommet hetkoudemiddelte realiseren. In depijpenzit eenverdampendevloeistof.Bij meerdere,verspreidstaandereactorvatenkanookgebruikgemaaktwordenvannatteverdamping meteenpompcirculatiesysteemdatdevloeistof vanuiteencentraal geplaatsteafscheidertransporteertnaardeverbruikers.Tenopzichtevandedirecteexpansiemethodeisbij decirculatiesystemendebinnenwandvandepijpengeheelbevloeid, waardoordewarmteoverdrachtencapaciteittoenemen.Er kan ookeenietshogereverdampingstemperatuurgehandhaafdworden,omdatergeenoververhitting aanheteindvandeverdamper vereist is om vloeistofslag in decompressortevoorkomen.Deenergie-efficiencyvandenatteverdampingishogerdandievan dedrogemetdirecteexpansie.

- Badverdamper. Debadverdamper is eenwarmtewisselaarmeteengrotecapaciteit.Dezeverdamperis uitgevoerdalseenliggendepijpenbundelwarmtewisselaar, waarbij de tekoelen vloeistof doordepijpbundel stroomt enhetkoudemiddel in derompverdampt.Hetkoudemiddelniveauin derompwordtzodanig geregeld,datdebovenstepijpennogonderhetvloeistofoppervlak blijven omeenperfectewarmteoverdrachttussenvloeistof en verdampendkoudemiddeltehandhaven.In deruimteaandebovenzijde van derompvindt deafscheidingvanvloeistofengasvormigkoudemiddel plaats.In plaatsvanin de rompkandeafscheiding ookgerealiseerd wordenin eenapartvat, geplaatstbovendewarmtewisselaar.

- Platenwarmtewisselaar. In eenplatenwarmtewisselaar stromenhetkoudemiddel endetekoelenvloeistof doorafzonderlijke kanalen. Dekanalenwordengevormddoorderuimtentussendetegenelkaaraangebrachteplaten.Omlekkages tevoorkomenwordendenadenaandekoudemiddelzijdehardgesoldeerdof gelast.Platenwarmtewisselaarskunnenwordenuitgevoerdalsnatte(bevloeide)of alsdroge (directeexpansie)verdampers.Bij hetnatte typewordteenafscheiderbovendewarmtewisselaargeplaatst.Devoordelenvandeplatenbovendepijpenwarmtewisselaarzijn:

o hogewarmteoverdrachtscoëfficiënt;o eenkleiner temperatuurverschil tussenkoudemiddelen

procesvloeistof,waardoordeverdampingstemperatuurvanhetkoudemiddelhogerkanzijn;

o zeercompactebouwvorm;o kleinerekoudemiddelinhoudvanhetsysteem;o de(niet-gelaste) proceszijdeis eenvoudigerte reinigen.

EenbijzondertypeplatenwarmtewisselaarisdeQ-plate®. Dezeis ontworpenalsverdamperof condensormethetdoelomhetvolumekoudemiddelin eencircuit zoveelmogelijk tebeperkenentegemoettekomenaandevraagnaarwarmtewisselaarsvoorindirectesystemen. Dit met behoudvandeprestatiesvaneenpijpenwarmtewisselaar.

november2008 29/47

Deconstructie is in wezeneenplatenwarmtewisselaarin eenmantel(plateandshell)(figuur4.3).

Figuur 4.3Opbouw van een Q-plate®-warmtewisselaar

EenvergelijkingvandeeigenschappenvandeQ-plate®metdenormalepijpenbundel-warmtewisselaar leidt tot devolgendeconclusies:

- Hetdrukverliesendekoudemiddelinhoudzijn veellagerdanbijpijpenwarmtewisselaars.

- Dewarmteoverdrachtsprestatiesperm2 oppervlak van deQ-plate®-warmtewisselaaralscondensorzijn vergelijkbaarmetdievandepijpenbundel.Als verdamper haalt deQ-plate®slechtsdehelft, alsgevolg vaneenmindergoedeverdeling van hetkoudemiddel.Omhieraantegemoettekomenis bijdirecteverdampingdeQ-plate®als tweepassverdamperuitgevoerd(zie figuur4.4).

- Dewarmteoverdrachtsprestatiesperm2 oppervlak Q-plate®-warmtewisselaarzijn mindergevoelig voordebietvariatiesdanbij pijpenwarmtewisselaars.

- DeQ-plate®-warmtewisselaar is in hetalgemeentweemaalzocompacterdandepijpenwarmtewisselaar. Hetgewichtis slechts25%van dat vaneenpijpenbundel.

- Een nadeelisdatdeQ-plate®-warmtewisselaarniet toegankelijk is; bovendienkanhetapparaatalleenmetspoelvloeistoffenwordengereinigd.

- Dewarmteoverdrachtsprestatiesperm2 oppervlak Q-plate®-warmtewisselaarzijn voordegebruikelijke koudemiddelenvergelijkbaar

Figuur 4.4Directe verdamping in Q-plate®-warmtewisselaar

- Falling film-verdamper. Dit typeverdamperisontwikkeldalsvervangervandebadverdamper. Deouderemodellenbestaanuit verticaalopgesteldepijpen; demodernefalling film-verdamperis echteropgebouwd uit eenaantal verticaalopgestelderoestvrijstalenverdamperplaten,waarbij hetkoudemiddeldoordeverdamperplatenstroomt. Het tekoelenwaterstroomtalseendunnefil m langshetoppervlak vandeplatenenvalt als ijswatervan1°C in eenopvangbakaandeonderkant. Hetvoordeel vandit typeisdegrotecapaciteit perm2

november2008 30/47

verdamperoppervlak. Bovendien wordt methetzelfderendementalsdebadverdamper,minderkoudemiddelvolumegerealiseerd.

4.3.3 Het koelen van emulsiesOmemulsiestekoelenwordt in hetalgemeendegeschraaptewarmtewisselaartoegepast.De tekoelenemulsiestroomthierbij overdeverdamperplaten,terwijl degekoeldeemulsievandeplatengeschraaptwordt.

4.3.4 Het koelen van vaste stoffenHetkoelenvanvastestoffenkomt veelvoor in devoedselindustrie, waarproductensnelingevroren moeten worden.Degebruikelijkemethodeis daarbijomhetproducttussentweeplaten(plate freezers) te leiden, waarin hetkoudemiddelverdampt.

4.3.5 Het koelen van een procesreactorIn deindustrie wordtveelvuldig gebruikgemaaktvandirecteexpansieopeenreactorvat.Deverdampingvan hetkoudemiddelgeschiedtdan in eenspiraalvormigewarmtewisselaaropdewandvanhetreactorvat, in hetvat,of dooreenin dewandgeïntegreerdeplatenwarmtewisselaar.Als erkoeling nodigis opmeerdereprocesreactorenmet eenongeveergelijkblijvendtemperatuurniveau,wordt in hetalgemeennatteverdampingvia pompcirculatietoegepast.Deverdamperis ookhiermeestaluitgevoerd alsuitwendigespiraal opdewandof als inwendigedompelspiraal.

november2008 31/47

5 (Deellast)regeling

In elk koelsysteemonderscheidenwe tweeregelkringen(zie ref. 8): - Hoofdregelkring. Dezedraagtzorg voordeafstemmingvan dekoudevraag(de

belasting)ophet koudeaanbodvandekoelinstallatie. Dehoofdregelkringregelt deverdampingstemperatuur,hetkoudemiddeldebiet vandecompressorendeafstemmingvanbeidegrootheden.

- Interne regelkring. De interneregelkringregeltdeonderlingeafstemmingvandeapparatuurvandekoelinstallatie.Dezeis afhankelijk vanhettypekoudemiddel engeschiedtondermeerdoorhetdrukverschil tussenverdamperencondensortehandhaven enhetdebietvandekoelkringloopdoorhetexpansieventiel te regelen.

Voor decompressorregelinggeeft debrochure‘Capaciteitsregeling roterendeapparatuur’ aanvullendeinformatie.

5.1 Hoofdregelkring

Dehoofdregeling omvatdecapaciteitsregelingvandekoelcompressorenenerzijdsendetemperatuurregelingvanhettekoelenobjectanderzijds.

5.1.1 CapaciteitsregelingDeregeling vandecapaciteitvanzuigercompressoren,boven 7,5kW motorvermogen,geschiedtveelal opéén vandevolgendemanieren:

- Kleplichting: doordezuigklep(pen)te lichtenwordthetaangezogengasgedeeltelijkweer teruggedrukt tijdensdecompressieslagnaardezuigleiding.

- Toerenregeling: deregelingvanhettoerentalismogelijk tot hetpuntdatdepulsatiesvandezuigerbeweginghetprocesgaanstoren; regeling is nietmogelijk benedeneen,doordecompressorfabrikantopgegeven,minimumtoelaatbaartoerentalwaarbijeengoedesmeringnog kanwordengegarandeerd.

- Persgasrecirculatie: dit is eenomloopregeling tussenuitlaat eninlaat,waarbijhetdebietin dekoudecycluswordtgeregeld,maarniethetverplaatstecompressorvolume.Dedruk vandepersruimtestaathierbij onderzuigdruk.

- Hotgas bypass: hierbij wordt eendeel vanhethogedruk-persgasteruggevoerdnaardezuig.

De laatstemethodeheeft delaagsteenergie-efficiencyomdathetopgenomenvermogenvandecompressorbij deel- envollastgelijk is. Bij demethodenmetkleplichtingentoerenregeling ishetopgenomenvermogen(bij deellasttot 50%) evenredigmetdecapaciteitsvermindering.Bij grotevariatiesvandecapaciteit is hetschakelenvanmeerdere,parallel draaiende,compressoren eenenergie-efficiëntemethode.

Voordecapaciteitsregeling vanschroefcompressoren zijn tweemethodenbeschikbaar:- Regeling aanzuigvolume via regelschuif, eenschuifregeltdelengtevanhet

actievedeelvanderotor, waardoorbij deellastslechtseendeelvanderotorenhetkoudemiddelcomprimeert. Afhankelijk vandeuitvoeringkansomsbijnullasttot 50%vanhetmaximumvermogenworden opgenomen.Het isdaaromnietefficiëntomdezecompressorenbeneden60%tebelasten,alhoewel deregeling debelastingtot 10%kanterugbrengen.

november2008 32/47

- Toerenregeling, eenbetere fabricageensmeertechniekmakenhetnumogelijkomookschroefcompressoren te regelendoorvariatie vanhettoerental.Hierbijwordtdehoogsteenergie-efficiencybehaald.

COP verloop van veelvoorkomende deellastregelingen

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100

deellastpercentage [%]

CO

P[%

]

zuigercompressor, zuigkleplichtingzuigercompressor, persgas recirculatiezuigercompressor, frequentie regelaarschroefcompressor, regelschuif (interne bypass)hot gas bypass

Figuur 5.1C.O.P.-verloop bij veelvoorkomende deellastregelingen van zuiger enschroefcompressoren

Decapaciteitsregeling van centrifugaalcompressoren ismogelijk door:- regeling met inlaatschoepenregeling, geeftweinigenergieverlies;- persgasrecirculatie (hotgas bypass), dit geeftgeenenergiebesparing;- toerenregeling, komt zeldenvoorbij centrifugaalmachines,maaris zeer

efficiëntmogelijk tot een deellast van70%.

Als een centrifugaalkoelmachinegedurendeeengroot deel vanhetjaar opdeellastmoetdraaien,is het aante radenomdaarvoorspecialevoorzieningenaante latenbrengen. Indatgeval kanermeteenzogoedmogelijkeenergie-efficiencygeopereerdworden. Alsalternatiefkanin eendergelijke situatiehetgebruik vantweeof meerdereschroefcompressoren overwogenworden.

5.1.2 TemperatuurregelingDezeregeling zorgtvoorhet handhavenvandegewenstetemperatuurvanhet productof degekoelderuimte.Vaakis ersprakevanmeerdereverbruikers,aangeslotenophetzelfdekoelcircuit. De temperatuurregeling is daneensamenspelvan meerdereverbruikersmetdekoelmachine.De in aanmerking komenderegelmethodenzijn:

- aan/uit-regeling;- zuigdrukregeling;- zuigdrukregeling encompressorvollastbedrijf .

november2008 33/47

5.1.2.1 Aan/uit-regelingDezeregeling wordtmeestaltoegepastalserslechtséénverbruiker isaangeslotenopdekoelinstallatie. Bij overschrijding vandeingesteldetemperatuurbandwordtdecompressor gestartenbij onderschrijdenweergestopt.Hierbij wordt deverdamperdrukniet geregeldomdatdieafhankelijkis van debelastingopdeverdamperenvanhetdoordecompressorverplaatstekoudemiddelvolume.Het is eeneenvoudig systeem metalsnadelendegroveregelingenhetfrequentschakelen van decompressor. Meestal wordt geadviseerd omdecompressornaiedereuitschakeling pasna10minutenstilstandweerin teschakelen.Doordegroveregelingis deverdampertemperatuur lager ingestelddannodigisbij eenfijnere regeling.Hierdoordaalt deenergie-efficiency.

5.1.2.2 ZuigdrukregelingDezuigdrukregelingwordt toegepastalsermeerdereverbruikerszijn, eventueelincombinatiemetmeerderecompressoren.Alsdeingesteldetemperatuurvaneenverbruiker wordtoverschreden,steltdethermostaatdekoeling in werking doordekoudemiddeltoevoer teopenennaardebetreffendeverdamper. Bij dezuigdrukregelingwordt geprobeerd omdezuigdrukbinneneenzekerebandbreedtetehandhaven.Als dandezuigdrukin hetsysteemwijzigt, zal compressorcapaciteitwordenbij- ofafgeschakeld.

Bij zuigercompressoren wordtdecapaciteit gewijzigddoorkleplichtingoftoerenregeling.Bij halvering vanhetcompressordebietdaalt bij dekleplichting hetopgenomenvermogenmet40 tot 45%. Bij toerenregeling neemthetopgenomenvermogen zelfs meer danevenredigaf.

Decapaciteit van schroefcompressorenwordtaangepastdoorwijzigingvandeeffectieveschroeflengteof doortoerenregeling.Bij halveringvanhetcompressordebietdoorvermindering van deschroeflengteneemthetopgenomenvermogenmetslechts30%af. Bij toerenregeling van deschroefcompressorishetopgenomenvermogenrechtevenredig methet toerental.

Hetbelangrijkstenadeelvanderegelingopzuigdrukis datdeverbruikermetdelaagstetemperatuurdeverdampingstemperatuurbepaalt, diedantevensgeldtvoordeandereverbruikers.Dit heeft tot gevolgdatdeandereverbruikersmeteenlagereC.O.P.werken.Perverbruikerkandeindividueleverdampingstemperatuur, door hetgebruikvaneen tussendeverdamper(s)endecompressor(en)gemonteerdezuigdrukregelaar,worden ingesteldopdeverlangdezuigdruk.

5.1.2.3 Regelen op zuigdruk en vollastbedrijfDoorvergrotingvandebandbreedtevandezuigdrukregelingkunnendeperiodendatdecompressorenopvollast draaienwordenverlengd. Hetaantalschakelingenkanwordenverminderd. Dit verbetertdeenergie-efficiencytenopzichtevandesituatiemetfrequentschakelendeenopdeellastwerkendecompressoren.Als hetmogelijk is omeenzodanigecoördinatietussendeverbruikerste realiserendatdecompressorenvaneencentralekoel-/vriesinstallatieofwel volbelast draaienofuitgeschakeld zijn, kun je ookeengroterezuigdrukdifferentieinstellen.Eenspecifiekeuitvoeringvandezeregelingnoemen wede‘mogen/moeten-regeling’. In combinatiemetdebalansregeling heeft dezedevolgendekenmerken:

- decompressorenwerken volbelastof zijn uitgeschakeld;- deverdampingstemperatuur is opeenzohoog mogelijkewaardeingesteld;

november2008 34/47

- verbruikersmetdezelfdeverdampingstemperatuurworden groepsgewijsgekoeld;

- tenbehoevevanwarmteterugwinningwordenwarmteaanboden-afnamegecoördineerd.

In verbandmet hetstrevennaareenzohoogmogelijke instelwaardevandeverdampingstemperatuurworden per verbruikerdetoelaatbareafwijkingenvandegeregeldetemperatuurnaarboven en benedeningesteld. Doordezeinstellingendegemetenwaardenmetelkaar tevergelijken,kanperverbruikerwordenvastgestelddat:

- er moetwordeningeschakeld;- er moetwordenuitgeschakeld;- er magwordeningeschakeld,(maarnietnoodzakelijk) ;- er magwordenuitgeschakeld,(maarnietnoodzakelijk).

Doordeze regelmethodewordt pendelen vancompressorenenverbruikersvoorkomen.Decompressorenwerkenzoveelmogelijk bij vollast. Dit voorkomt energieverliezenalsgevolgvan deellast.

5.2 Interne regelkring

De interneregelkringzorgtvoorhethandhavenvanhetdrukverschil tussencondensorenverdamperenregeltdekoudestroomdoorhetexpansieventiel. Deuitvoering vandeinterneregelingvandekoelkringloopis afhankelijk vandevraagof erdrogeof natteverdampingwordt toegepast.Bij drogeverdampingwordthetvloeibarekoudemiddelnahetexpansieventiel directin deverdamperingespoten,verdampt enenigszinsoververhit. Onder‘natteverdamping’ wordt verstaanhetrondpompenvanhetvloeibarekoudemiddelvanuiteenvloeistofvatnaardeverbruikers,waar hetgedeeltelijkverdamptenalsdamp/vloeistofteruggevoerd wordt.Voor dekleinerekoelvermogenstot 100à200kW wordtvaakgekozenvoordirecteverdamping.Vanaf 100kW koelvermogen komtnatteverdamping in aanmerking.Bijammoniakinstallatieswordt meestal voornatteverdampinggekozen.Dit omdater ineendx-situatie zeerweinig ammoniakvloeistof beschikbaaris; datisproblematischvooreengoedevloeistofverdeling.

5.2.1 Droge verdampingBij hetdrogeof directeexpansiesysteemis het expansieorgaangeplaatst in devloeistofleidingvóórdeintredevandeverdamper,dustussenhetgedeelte metde(hoge)condensatiedrukende (lage)verdampingsdruk. Hetexpansieventiel regelt dekoudemiddelstroomnaardeverdamper.De regelingvandiestroomis zodanig afgestelddaterdoordecompressorgeenvloeistof kanwordenaangezogen.

5.2.1.1 Thermostatisch expansieventielHet thermostatischeexpansieventielwordtalgemeentoegepastvoordirecteexpansiesystemen.Een temperatuuropnemeropdeverdamperuittrederegeltdoormiddelvaneenmechanischeverbindingdedoorlaat vanhet ventieldatvóórdeverdamperis geplaatst.Deopnemer bepaalt deoververhittingvanhetuittredendegas.Bij teveel oververhittinggaathetventielopen. Hetdebietvanhetkoudemiddeldoorhetventiel is afhankelijk vandedoorlaatopeningenvan hetdrukverschiltussencondensor en verdamper. Hetdrukverschil neemt af doorverhogingvan de

november2008 35/47

verdamperdrukof verlagingvandecondensordruk.Eenteklein drukverschil leidt totminderinspuiting vanvloeibaarkoudemiddelendaarmeetot eenkleinerekoelcapaciteit. De ingesteldeoververhitting is 6 tot 10K. Als erweerstandzit in dezuigleidingvandeverdampernaardecompressor, is ereendrukcompensatieleidingnodig omdeoververhitting correct in testellen.

Eenonjuistingesteld expansieventielkanleidentot ernstigecompressorschade.Zo kaneenteveelaaningespotenkoudemiddel(tekleineoverhitting) leiden tot vloeistofslag.Eentegroteoverhitting zorgt somsvooroververhitting vandecompressor.

Het thermosstatischexpansieventielheefttweebelangrijkenadelen:- Een beperktregelgebied.Het is nietmogelijkomin dewinterde

condensortemperatuurvrij te latenmeedalenmetdebuitentemperatuur, omdatdeinspuitcapaciteit beperktis bij lagedrukverschillen. Met de toepassingvaneentweedeparallel-ventiel in koudeperiodes, is dezebeperking op te lossen.

- Een tragereactietijd. Dit nadeelkomthetsterkstnaarvorenin dynamischesystemenof systemendieveel belastingvariatieskennen.

5.2.1.2 Elektronisch expansieventielElektronischeexpansieventielenzijn er in tweesoorten: continueregeling ofopen/dicht-regeling. Bij deopen/dicht-regeling wordt deklepafwisselendgeopendengesloten. Naarmatedeklep relatief meer openstaatheeft dezemeercapaciteit. Denadelenvandit discontinuesysteem zijn deversnellendeeffectenin devloeistofleidingnaarhetventiel. Dezenadelenkun je beperkendooreenafdoendediametervloeistofleiding. Ook moetdeverdampergenoeg koudemiddelinhoudhebben,omcontinu voldoendebenat tezijn.Bij decontinueregelingwordthet elektronischexpansieventiel aangestuurddoor eenstappenmotor die,netalsbij eenthermostatischeexpantieventiel, deopeningcontinuekanvariëren.

Eenelektronischexpansieventiel kansneller reagerendaneen thermosstatischexpansieventiel enheeft vaak eengroterregelbereik. Elektronischeexpansieventielenkunnen eenoververhitting van4 tot 5 K realiseren.Met slimmeregelingendie rekeninghouden metverwachtebelastingvariatieskunnensomsnoglagereoververhittingengerealiseerdworden.Doorhetgrotereregelbereik van10 tot 100%kandecondensortemperatuurtot +15°Cmeedalen in dekouderejaargetijden. Hierdoor kandeenergiebesparingoplopentot 15à20%.

5.2.2 Natte verdampingBij natte(flooded) verdampingof pompcirculatiecirculeerthetkoudemiddelmetbehulp vaneen pompvanuiteen lagedruk-vloeistofvatnaaréénof meerdereverdampers.Nadathetkoudemiddelgedeeltelijk verdampt is, stroomthetvloeistof-/ dampmengsel terugnaardevloeistofafscheider.Het opvallendeverschilmetdedrogeexpansieis datbij hetnattesysteem hetdebietvanhetkoudemiddeldoorhetexpansieorgaan nietafhankelijk is vandekoudemiddelstroomdoordeverdampers.Eenvlotter regelt devloeistofstroomnaardeafscheidervanhetkoelsysteem. Ditgebeurtdoorhetvloeistofniveau in deafscheidertemetenmetbehulpvaneenniveausensor.Hetniveauin hetvloeistofvatwordtdoorderegeling constantgehoudenonderallebelastingen(zie figuur5.2).

november2008 36/47

Figuur 5.2

november2008 37/47

6 Secundaire koudedragers

6.1 Algemeen

Secundairekoudedragerszijn warmteoverdrachtsmediadie in deverdampergekoeldworden doorhetkoudemiddel; via pompcirculatienemenzewarmteopvandiverseverbruikers.Vri jwel allesecundairekoudedragersnemenalleenvoelbarewarmteopengeenlatente. Deuitzonderingen zijn koolzuurgasenijsslurrie,stoffendieeenfaseoverganghebbenvanvloeibaarnaar gas,respectievelijk vanvastnaarvloeibaar.Devoordelen van het gebruik vaneensecundairekoudedragerzijn velerlei.

- Dekoudemiddelinhoudis kleiner, waardoorookdelekkagekanskleiner is. Hetkoudemiddel is alleenaanwezigin decompressor- enpompruimte; lekdetectieeneeneventuele reparatiezijn makkelijker.

- Hetmaaktondermeerdetoepassing vanmilieuvriendelijke,maargiftige ofbrandbarekoudemiddelenmogelijk. Bijvoorbeelddenatuurlijkekoudemiddelen (ammoniak)enkoolwaterstoffen.

Hetnadeelbij hetgebruikvaneensecundairekoudedrageris daterextrapompenergienodig is dieweggekoeldmoetwordenendatereenextrawarmteoverdrachtplaatsvindtmetenergieverlies.Dit verlies resulteert in eengroterverschil tussenverdampings- encondensatietemperatuur.Bij eengoedontwerp,envooralbij toepassingvaneennatuurlijk koudemiddelzoalsammoniak,wordtdit nadeeltenietgedaanen kan zelfssprakezijn vaneenkleinepositieve invloedophetenergiegebruik.

Figuur 6.1Schema van een lagedrukniveauregeling

november2008 38/47

6.2 Typen koudedrager

Deterbeschikkingstaandekoudedragerszonderfaseovergangzijn bijvoorbeeld:calciumchloride, d-Limone,ethanol,ethyleenglycol, kaliumacetaat, kaliumformaatenpolypropyleenglycol enmetfaseovergangkooldioxideenwater-ethanolijsslurrie(flow-ice).

Voor hetselecterenvaneenkoudedrager zijn devolgendeaspectenvanbelang:- transporteigenschappen(viscositeit);- thermodynamischeeigenschappen;- giftigheidenbrandbaarheid;- corrosie-eigenschappen(materiaalkeuzeleidingenenwarmtewisselaars);- kostprijs.

Omdathetvriespuntvandekoudedragerónderdetoepassingstemperatuurvandiekoudedragermoet liggen,wordtgeadviseerd omaltijd een koudedragerteselecterenmeteen vriespuntdatminstens5 K enbij voorkeur8 K lageris dandelaagstetemperatuurin het systeem.

In vergelijkingmet dedirectesystemenvoorwarmteoverdracht,zijn demeesteindirectesystemenniet beteralshetgaatominvesteringskostenenenergiegebruik.Eenuitzondering vormendetweefasenkoudedragers,zoalskoolzuurenwater-ethanolijsslurries, dieopbeidepuntengunstig presteren(ref. 9 en10).

november2008 39/47

7 Koudebuffers

Koudebufferswordenenerzijds gebruiktalskoudeaccu’s. Kleinekoudebuffersin devormvan lossepakketten kunnendienenomproductenin containersof vatentekoelengedurende in- of extern transport. Tevenskunnenkoudebufferseventueeleenvariërendehoeveelheid zonne- enwindenergieopslaanin devormvankoude. Zokunnen grotevrieshuizendienst doenalskoudebuffer: doordezekoudte trekkenophetmomentdater eenoverschotis aanelektrischeenergieenstop tezettenin tijdenvankrapte. Daarnaastkunnenkoudebuffers toegepastwordenalsnoodkoeling bijstroomuitval.

Anderzijds wordenkoudebufferstoegepastalsgeïntegreerdonderdeelin eenkoelcircuitvoorhetafvlakkenvan piekenendalenin dekoudevraag.Natuurlijk is dit alleeneenoptiealsdezevariaties in koudevraagnietopeenanderemanierte voorkomenzijn!

Doordepiekverbruiken op tevangenis het mogelijk omeenkoelinstallatie teontwerpenwaarvandecapaciteit dichterbij degebruikscapaciteit ligt endiedushetvollastrendement beterbenadert. Hetafvlakkenlukt beternaarmatedekoude-inhoud-endeafgifte/opnamecapaciteit groterzijn. Dit moetechterwel opwegentegenhetfeitdaterextracompressie-energienodigis. Dit omdatdebufferingvankoude-energieopeenlagertemperatuurniveauplaatsvindtdaneigenlijk voorhetprocesnodig is.

Omkoude-energietekunnen opslaan,staantweeverschillendemethodenterbeschikking:

- Het voelbare warmtesysteem; doorsterkeafkoelingvaneenvasteof vloeibarestof wordtenergieopgeslagen.Die energie komtweervrij doordemassateverwarmen.In demeestegevallenkomt wateralsbuffermediuminaanmerking,omdat waterin ruimemateaanwezigiseneenvoudigin eenvat isop teslaan,maar vooral omdatheteengoedewarmteoverdrachtscoëfficiënteneenhogesoortelijkewarmteheeft. Dit systeemkanmaarbeperkt wordentoegepast,omdatdebuffer relatiefveelruimtevereist.

- Het latente warmtesysteem; doorgebruik temakenvandelatentesmeltwarmtevandethermischefaseovergangbij voldoendelagetemperatuur.Destoffendiedaarvoorin aanmerking komenzijn water(ijsbufferen)enbij lageretemperatureneutectischezoutoplossingen.Dezestoffenhebbenbij hetsmelt-of stolpuntdeeigenschap datenergiebij constantetemperatuurwordtafgestaanof opgenomen. Devoordelenvan dezemethodezijn eenhogeopslagdichtheideneeneenvoudigeenergieregeling, dit omdatdetemperatuur tijdensdeenergietransformatieconstantis.

7.1 IJsbuffers

Bij ijsbufferskomtdeenergievrij bij 0°C. Dit wil zeggendathetprocesmedium met1 à2°C ter beschikking staat,afhankelijkvanhettypeijsbuffer.Destollings- ofsmeltwarmte is333kJ/kgbij 0°C. Omdebuffer tebevriezenis eenkoelinstallatienodigdiebij -8 tot -10°Cenergie levert. Er zijn meerdere typenijsbuffers:

- Met uitwendige afsmelting of direct systeem. Bij dit type,meestal ‘ ijsbank’genaamd,is erdirect contacttussenhettekoelen waterenhetijs. Het ijswordt

november2008 40/47

daarbijopgebouwdopverdamperpijpenof -platendieophunbeurtstaanopgesteld in eenmet watergevuldebuffertank.Het tekoelenwaterdoorstroomtdezebuffertankenkoeltaf doordatijs wordtafgesmoltendatdooreenkoelinstallatie opdepijpen wordt aangevroren.De ijsdikteneemtdaarbijtoeof af, afhankelijk vanenerzijdsdewaterflow enretourtemperatuurenanderzijdsdecapaciteit en bedrijfstijd vandekoelinstallatie (zie figuur7.1).

Figuur 7.1IJsbank met uitwendig afsmeltsysteem

Bij hetontwerp vaneen ijsbankgeldteenaantalcriteria:- Een regelmatigeijsopbouw;vooral bij directeverdampingmoetrekening

wordengehouden methet oververhittingsgebied.- Deplaatsvan deijsdiktevoeler is kritisch;onderalleomstandighedenmoet

wordenvoorkomendatdeijslagenoppijpenof platenaanelkaargroeien(ijsbrugvorming).

- Een gegarandeerdeuitgaandewatertemperatuurvan1 à2°C vraagtextraaandachtvoordeplaatswaar hetopgewarmderetourwaterin debuffertankwordt teruggevoerd.

Omeengoedeengelijkmatigeafsmeltingvanhetijs op depijpentewaarborgen,moethetwaterin debakvoldoendecirculeren. Dit kangerealiseerdwordendooreenroerwerkof doorluchtagitatie. In hetalgemeenisereenvoorkeurvoor roerwerken. Ditomdaterbij gebruik vanluchtagitatieveelkansis datdeluchteenhogere temperatuurheeftdanhetijswaterenermeerkansis opcorrosie (bij voorkeurkoperen,roestvaststalenof kunststofleidingentoepassen)(figuur 7.2).

Figuur 7.2IJsbank A met luchtagitatie resp. B met roerwerk

- Met inwendige afsmelting of indirect systeem. Bij dit systeemwordteenwater/glycol-oplossingdoordekoelmachinegekoeldc.q.doordegekoelde

november2008 41/47

buizenin de ijsbuffer. In debuffer wordthetijs vanafdebuiswandafgesmolten,zodatuiteindelijk deijscilindersdoorsmelten uiteenvallen.Dehaalbaretemperatuurvandewater/glycoloplossing is 3 à4°C.Deenergie-efficiencyvandit systeem is doordeextrawarmteoverdrachtlagerdan dievanhetdirectesysteem.

- Hybride ijsbuffer. Omdeproblemenvandeconventioneleijsbanken(onbetrouwbare ijsdiktemeting,demogelij kevormingvanijsbruggen, cavitatieencorrosie)tevoorkomen, is dehybrideijsbufferontworpen.Dit systeemfunctioneertmeteenijsbufferdieontladenwordtdooreenwater/glycol-oplossingeneenadditioneel watercircuit. Daarbijis hetvermogenpervolumezohoog datmetminderruimtebeslaggerekendmagworden.Ook kandeproceswatertemperatuurtot op0,5°C vanhetvriespuntkomen(ref. 11).

- IJsopbouw bij falling film-verdampers. Bij falling film-verdampers,opgebouwduit roestvaststalenplaten, is hetmogelijk ijs opdeplatentevriezenendatperiodiekvan deplatenlos te latenkomen.Hetgevormdeijs valt daarnain stukkenin eenopvangbak.Hetwarmeretourwaterwordt in debakgevoerd,enmengtzichmethetdaaraanwezige ijswaterenijs. Totdat hetwaterzelf op0°C komt,smelt het ijs af. Via pompenwordt hetijswaterafgevoerdnaardegebruikers. In een opdit conceptvoortbordurend typeenalsalternatiefvoordegeschraaptewarmtewisselaar,wordt hetgevormdeijs vermalentot ijsslurrie.Dezekanopzijn beurt naardegebruikerswordengeleid.

- Geschraapte warmtewisselaar. Eenvanoudsherbekendtypevoorhetproduceren vangrotehoeveelheden‘droogscherfij s’ is degeschraaptewarmtewisselaar. Dezebestaatuit eengrootstalenvatwaaropdewand ijswordtaangevroren. Het ijs wordtdanopzijn beurt, metbehulp vanroterendemessen, weervan dewandgeschraapt.Degevormdeijsschilfersvallen in eenbak(debin) enworden vandaarals los ijs getransporteerdnaardegebruiker.

- De Flacker. Dit typebestaat uit eenwormdie in eenrondhuisdraait(deFlacker).Ookhierwordt ijs aangevrorenopdewand,datdoordewormwordtafgeschraapt.

7.2 Koudebuffers met eutectische zoutoplossingen

Als er in eenproceslagere temperaturen dan0°C nodig zijn, gebruik je anderestoffendanwater. Dit zijn meestaleutectischezoutoplossingen diebij eenconstantetemperatuurverschillendedooifasendoorlopen.Bij voorkeurmoetdestollings- ofsmeltwarmteniet veellagerliggendandievanwater.Deeutecticahebben eenaantalspecifiekekenmerken,zoals geringekristalli satiesnelheid, uitzetting, onderkoelingencorrosie. Deeutecticazijn in verbandmetmogelijke giftigheidencorrosiviteit vaakverpaktin afgesloten kunststofbolletjes(bijvoorbeeld polypropyleen). Eennadeelhiervanis dat dewarmteweerstandvandekunststofeennegatieveinvloedheeft opdeenergie-efficiency.Doordesamenstelling vandeeutectica tevariëren,kunnenvelevriespuntengekozenworden. Dekleurvandebolletjesstaatsymboolvooreenbepaald vriespunt.Dezebolletjeszijn ophunbeurt weerin eentankof bakopgesloten.Omdekoudebuffer teladen,moetdekoelmachinekoudeleverenmeteentemperatuurdie20K lager is dandekristallisatietemperatuur.Dit heeftgroteinvloedopdeenergie-efficiencyvanhetsysteem.Degroteuitzettingscoëff iciëntvaneutectica leidt bij kristallisatie tot eenvolumetoenamevan10%. Hethogeaandeelmineralezoutenin deeutectica(tot 50%)maakthetmengselzeercorrosief.

november2008 42/47

november2008 43/47

8 Maatregelen ter verbetering vandeenergie-efficiency

In devorigehoofdstukkenhebbenweeenaantalmogelijkhedengenoemdomdeenergie-efficiencyteverbeteren. Om eenoptimalewarmtewisseling tehandhavenis erdaarnaastextraaandacht nodigvoordesmeerolie in eenkoelkringloopenvoor deontluchtingvanhetsysteem.

8.1 Smeerolie

Deoliehuishoudingvan eenkoelinstallatiebepaaltvooreengrootdeeldegoedewerking.Zowel teweinigalsteveel circulerendeolie leidt tot storingen.Smeerolie ineenkoelinstallatie is nodigvoordesmeringenkoelingvandedraaiendedelenvandecompressor. Daarbij is belangrijk datdein hetkoudemiddelaanwezigeolie (nadecompressie)wordtafgescheidenenwordt teruggevoerdnaarhetcompressorcarter.Nietalleolie kanwordenafgescheiden,waardooreendeel(5 à10%) methet koudemiddelmeedoorhetkoelsysteemcirculeert.Voor eenstoringsvrijewerking moetdaarombij hetontwerp vaneen installatieextraaandacht worden besteed aandeleidingloop; deplaatsingvaneventueleolieafscheider(s); dejuistesnelhedenin deverdamper(s) enzuigleidingenendeolienivelleringbij meerdere compressoren.

Olie in combinatie met demodernefluorkoolwaterstoffen (HFK’s) vergt meeraandachtdannodigis bij dehydrochlorofluorkoolwaterstoffen (HCFK’s), zoalsR 22.Omdatolieniet in ammoniakoplost kunnenin dekoel-/vriesinstallatieproblemenontstaan.Bijvoorbeeld alsdeolie achterblijft in leidingenof verdampersenniet tijdig(automatisch) wordtafgetapt.Omtevoorkomen datolie zichdoordegehele installatie kanafzetten,is voorNH3 eenoliewaskolomontwikkeld, dieefficiënterfunctioneertdandegebruikelijkeolieafscheider.In denormaleafscheiderwordenalleendeoliedruppeltjesafgescheiden,maarin dezewaskolomwordenoliedampenoliedruppeltjesafgevangen. Hetrestoliegehaltebedraagtminderdan1 ppm.

Voor zuiger- enschroefcompressoren werden aparte typenwaskolommenontwikkeld.Bij dezuigermachinesvervangtdewaskolomdeolieafscheider(zie figuur8.1) enbij deschroefcompressoren wordendeolieafscheider endeoliekoelervervangendoordewaskolom.

8.2 Ontluchten

Bij hetontluchtenwordeneventueelaanwezigeniet-condenseerbaregassenafgevoerd.Deniet-condenseerbaregassenbestaanoverhet algemeenuit lucht; dit alsgevolg vanonjuist vacuümeren vandeinstallatiebij nieuwbouwof reparaties. Ookdoorhetvullenmetonzuiverkoudemiddelenhetuiteenvallen vansmeerolieof koudemiddelontstaangassen. Dezeniet-condenseerbaregassenverhogendecondensatiedrukenbeïnvloedendaarmeehetenergiegebruiknadelig. Deaanwezige lucht (met vocht)bevordertbovendienhetuiteenvallenvan deolie endaarmeedevorming vansludge in hetsysteem.

november2008 44/47

Deaanwezigheid vanniet-condenseerbaregassenstel je vastdoortecontrolerenof deverzadigingstemperatuurvandevloeistofnádecondensorovereenstemtmetdeheersendevloeistofdruk.Niet-condenseerbaregassenzijn aanwezigalsdegemetenuittredendevloeistoftemperatuurlageris dandeverzadigingstemperatuurbehorendebijdecondensordruk.Deautomatischeontluchter(of purger) is een kleinekoelinstallatiediegewoonlijk éénsper24uur in bedrijf komt. De installatiecontroleertof er niet-condenseerbareaanweziggassen zijn. Depurgerlaathetkoudemiddelcondenserenophetverdamperoppervlakenscheiddaardoorhetkoudemiddelvandeniet-condenseerbaregassen.Als deconcentratieniet-condenseerbaregassenbovende2%ligt, kanhetverdamperoppervlak-temperatuurvergenoegdalenwaarnadekoude, niet-condenseerbaregassengeleidelijkafgeblazenkunnenworden.Alsdeconcentratieniet-condenseerbaregassenbeneden de2%komt, stopthetprocesvanzelf. Dit omdatdepugerdeoppervlaktetemperatuurniet laagkanhouden.Om zoweinig mogelijkkoudemiddelteverliezen is hetvanbelangdatdepersdruk niet te laagis tijdenshet inbedrijf zijn van depurger. Dit omdathetkoudemiddelverlieslineairverlooptmetdeverhoudingtussendedrukvanbij hetverdamperoppervlak vandepurgerendepersdrukvandeinstallatie.

Figuur 8.1Oliewaskolom voor zuigercompressoren

november2008 45/47

9 Ontwikkelingen

9.1 Kortetermijnontwikkelingen

In deindustrie worden steedsmeernatuurlijke koudemiddelenzoals ammoniaktoegepast, al of niet in combinatiemetkoolzuur(zie ref. 4). Ookhetgebruikvankoolwaterstoffen(mengselsvanpropaan enbutaan)enwateren/of luchtneemt toe. Deoverheidlegtdaarbij gaandewegmeerdenadrukop installatiesmeteenlaagenergieverbruikeneenkleinekoudemiddelinhoud. Dit vanwegehetmili euendeexterneveiligheid. Hetgebruik vanindirectekoelsystemen in combinatie metnatuurlijke koudemiddelenzaldaaromsterk toenemen.

Eenandere trendis deopkomst vanaluminiummicrochannel-warmtewisselaars.Ditzijn warmtewisselaarsopgebouwduit aluminiumextrusieprofielendiezeerveelmaarookzeerkleinekoudemiddelkanalenhebben.Dezetechniekwordtal opgroteschaaltoegepastbij condensorsvanaircosystemenin auto’s. Voordelen: deapparatenzijnlichter,goedkoperenduurzamer; zehebbenminderkoudemiddelinhoudenzijneenvoudigerte recyclen.Ook in destationairekoeltechniekzal dewarmtewisselaaropbasisvankoperen buisenaluminiumvinnenwordenverdreven dooraluminiummicrochannel. Het toepassenvanmicrochannels in verdampersis pasmogelijk alsdeproblemenomtrent koudemiddel-verdelingenhetberijpen zijn opgelost.

Figuur 9.1

november2008 46/47

9.2 Langetermijnontwikkelingen

Uit literatuuronderzoekzijn enigeveelbelovendetoekomstigeontwikkelingenin dekoeltechnologienaarvoren gekomen:

- MicroclimatisereringMicroclimatisering is hetlokaalcreërenvan eenklimaat. Nu wordtstandaardnogeenhele ruimtegeklimatiseerd. Deafmetingenvandezeruimtekunnensterkwordenteruggebracht.Eenzeersimpelvoorbeeld is hetgebruikvaneenelektrischedekenin eenbed,in plaatsvanhet verwarmenvandehelekamer.Ondankshetfeit dat deelektrischedeken verwarmingstechnischgeenefficiëntemethodeis, is desysteemoplossingwel zeereffectief.

- Thermo-akoestische koelingBij dezetechnologiewordtwarmte-energieomgezetin akoestischeenergiediedanweerals ‘compressor’ in eenkoudecyclusfungeert. Bij dezekoelmachinekomendusin hetgeheel geenbewegendedelenvoor. Er wordenal installatiesontwikkeld diebedoeldzijn omaardgasvloeibaartemaken,meteenakoestischvermogenvan40kW.

- Eutectische vries-kristallisatie (EFC)Als eenzoutoplossingafgekoeldwordt tot benedenheteutectischpunt,ontstaannaastdeijskristallenookzeerzuiverezoutkristallen. Doorhetverschilin soortelijke massais tussendekristalleneenperfectescheidingmogelijk .EFC wijkt af vanhet conventionelevriesdrogen. Dit omdatbij vriesdrogendeoplossing in haargeheelbevrorenwordt,waarnahet (bevroren)watergrotendeelsgesublimeerd wordtenhetrestantdoorverdampingwordtverwijderd.Thermodynamischgezien isEFCeenprocesmeteenveelhogereenergie-efficiency(circa30%)danvriesdrogen. Voor hetverdampenvanwateriszevenkeerzoveel energienodigis alsvoorbevriezen.Doordelagetemperaturenvindenerookgeenontledingenplaatszoalsbij verdamping.Toepasbaarvoor terugwinningvanopgelostezoutenalsnatriumnitraatuitwater(-17°C),ammoniumsulfaat uit eiwitresiduen,kopersulfaatuit water(-2°C).Zie ref. 12.

november2008 47/47

10 Referenties

Illustrations7, 8 and14arereproducedfrom references1 and2 by permissionof theUK Departmentof theEnvironment,TransportandtheRegions.

Naastdocumentatieenbrochuresvanleveranciersenfabrikantenis gebruikgemaaktvandevolgendepublicaties:1. GPG280,‘GoodPracticeGuide,Energyefficient refrigeration technology’ ,

ETSU20002. GPG283,‘GoodPracticeGuide,Designingenergyefficientrefrigeration plant’ ,

ETSU20003. GPG2, ‘GoodPracticeGuide,Energysavingswith electric motorsanddrives’ ,

ETSU20004. Ir. R.A.M. Beismann,‘NederlandseerstevrieshuisopeenNH3/CO2-

cascadesysteem’, Koude& Luchtbehandeling, september20005. PGS-13,http:www.vrom.nl/get.asp?fil e=Docs/milieu/PGS13.pdf6. ATEX 95,http://www.iab-atex.nl7. NEN-en378-1, -2, -3 en -4, ‘Koelsystemenenwarmtepompen,veiligheids- en

milieueisen’8. ‘Effici ëntregelenenbesturenvan koelsystemen’ , NOVEM, 19989. Dr. ir. C.A. InfanteFerreira, ‘Mediavoor indirectesystemen’, Koude&

Luchtbehandeling, juni 199810. Ing. C. van derLande,Th. Enkemann, ‘Heteffectvankoudedragersophet

energiegebruik’ , Koude& Luchtbehandeling, juni 199811. Dipl. Ing. W. Schmid,‘Hybrideijsaccumulator voorproceskoeling en

koudecentrales’ , Koude& Luchtbehandeling, juni 199912. D. Hartmann,Delf t Integraal,nr 6, 200013. RegelingLekdichtheidsvoorschriftenKoelinstallaties1997(RLK), herziening

199914. DeRichtlijn Drukapparatuur (PED)(97/23/EG)15. H. Blok, ‘DeRichtlijn Drukapparatuur,Consequentiesvoordekoudewereld’ ,

Koude& Luchtbehandeling,december200116. Dr. G. Hundy,‘OmgangmetkoudemiddelenwelkeGlidevertonen’ , Koude&

Luchtbehandeling,december200117. EN 12900,‘Refrigerantcompressors- Rating conditions,tolerancesand

presentationof manufacturersperformancedata’ , 1999

Best Practice Koeltechniek

Documents

Transcript of Best Practice Koeltechniek