Het Toepassen van Natuurlijke Koudemiddelen in Warmtepompen

Het Toepassen van Natuurlijke Koudemiddelen in Warmtepompen

Webinar – 5 mei 2021

Presentatie van het rapport in opdracht van RVO.nl voor de Topsector Energie op verzoek van TKI Urban Energy

Programma van vanmiddag

• Inleiding

• Inhoudelijke presentatie (2 delen)

• Vragen van deelnemers

• Afsluiting

Webinar TKI Urban Energy - Toepassing Natuurlijke Koudemiddelen – 5 mei 20212

Robert Jan van Egmond (host)

Programmamanager Duurzame Warmte & Koude

TKI Urban Energy

Inleiding

• Behoefte aan overzicht van de potentie en karakteristieken van natuurlijke koudemiddelen in warmtepompen.

• Conceptrapport (uiteenlopend) becommentarieerd door experts

• Commentaar tijdens dit webinar kan nog worden meegenomen

• Geen link met regelgeving/ISDE, bedoeld als overzicht, ter inspiratie en stimulering innovatie!

• Definitieve publicatie medio eind mei


Huishoudelijk

• Pas uw naam aan: Voornaam Achternaam (organisatie)Gebruik hiervoor de functie “Rename”. Dit kunt u activeren met een rechtermuisklik op uw eigen naam.

• Gezien het grote aantal deelnemers, staan de microfoons en videocamera’s uit.

• Vragen kunt u stellen via de Q&A functie, deze worden zo veel mogelijk live of achteraf beantwoord.

• Dit webinar wordt opgenomen.


Q&A-functie

U kunt goede vragen een “duimpje” geven

Stel uw vragen hier


Poll 1 (pop-up)

• Wie zijn er aanwezig?

• Let op: 3 vragen ➔ scroll!


Het Toepassen van Natuurlijke Koudemiddelen in Warmtepompen

Webinar – 5 mei 2021

Presentatie van de rapportage opgesteld in opdracht van RVO.nl voor de Topsector Energie op verzoek van TKI Urban Energy

René van Gerwen

Charles Geelen

Inhoudelijke presentatie

• Scope • Historisch perspectief • Relevante kenmerken

• Milieu en klimaat • Veiligheid

• Wet en regelgeving • Energetische beschouwing

• CoolTools• Leverancier-specs• TEWI

• Praktische toepassing • Conclusies en aanbevelingen


Beantwoorden Q&A #1

Beantwoorden Q&A #2

Scope

• Focus op propaan, CO2 en beperkt NH3 – andere in de zijlijn• Focus op gebouwde omgeving

• Individueel en (klein-)collectief• Woon / utiliteitfunctie

Overzicht R-nummers natuurlijke koudemiddelen (NKM)• Propaan - R290 – C3H8

• CO2 - R744 – CO2

• Ammoniak - R717 – NH3

• Isobutaan - R600a – C4H10

• Propeen/propyleen - R1270 – C3H6


Historisch perspectief: vier generaties koudemiddelen

1e: natuurlijk (o.a. ammoniak, kooldioxide, propaan, (iso)butaan, zwaveldioxide); giftig, brandbaar, hoge toepassingsdrukken veiligheid soms niet goed beheersbaar; merendeel brandbaar of toxisch: A3, B2L, kooldioxide A1

2e: gehalogeneerde koolwaterstoffen met fluor en chloor (R12, R22), merknaam Freon, synthetisch chemische stabiliteit veel veiliger waren bij lekkage,

zorg om afbraak van de ozonlaag bekend

3e: gehalogeneerde koolwaterstoffen met fluor, zonder chloor (R134a, R507, R404A, R410A); groot aantal azeotrope en zeotrope mengsels; hoge GWP; merendeel onbrandbaar, A1

Zorg over klimaatopwarming

Europese F-gassen verordening, reductiedoel voor broeikasgassen in 2012 met 70%, ten opzichte van het 1990 niveau; in 2014 komt een aangescherpte versie. Vanaf 2015 worden HFK’s met een lagere GWP actief gepropageerd, met name het brandbare R32.

4e: HFK’s met dubbele chemische binding (HFO) (R1234yf, R1234ze(E)); groot aantal azeotrope en zeotrope mengsels; GWP-waarde ruim onder 150; vrijwel allemaal brandbaar, A2L

Sommige natuurlijke koudemiddelen uit de 1e generatie blijven actueel

1900

1960

1980

1992

2006

2010

2021


Relevante kenmerken: milieu & klimaat

➢ Aantasting ozonlaag (ODP, Chloor) (R12, R22)➢ Aardopwarming direct (GWP) en indirect (CO2 bij elektriciteit) ➢ Hoge GWP: o.a. R134a, R410A, R507A➢ Lagere GWP: o.a. R32 ➢ Verwaarloosbare GWP: o.a. R1234yf, R1234ze(E), natuurlijke (o.a.

ammoniak, kooldioxide, propaan)➢ TFA (F-gassen)➢ PFAS (F-gassen)➢ HF (F-gassen)

Afbouw F-gassen met hoge GWP (zie volgende sheet)Onzekerheid over de nadelige milieueffecten van F-gassenWebinar TKI Urban Energy - Toepassing Natuurlijke Koudemiddelen – 5 mei 2021

11

Relevante kenmerken: milieuEU klimaatwetgeving: afbouw F-gassen met hoge GWP

GWP-gewogen afbouw volgens Europese F-gassen Verordening (POM = Placing on the Market)


Toepassingsverboden

Enkele voorbeelden uit EU F-gassen Verordening, bijlage III, verbodsbepalingen inzake het op de markt brengen van:

• 10. Huishoudelijke koelkasten en diepvriezers die HFK’s met een GWP van 150 of meer bevatten: vanaf 1 januari 2015

• 13. Koelsystemen met centraal opgestelde compressoren voor commercieel gebruik met een nominale capaciteit van 40 kW of meer, die gefluoreerde broeikasgassen met een GWP van 150 of meer bevatten of nodig hebben voor de werking ervan, met uitzondering van een primair koelcircuit van cascadesystemen waarin gefluoreerde broeikasgassen met een GWP van minder dan 1 500 mogen worden gebruikt: vanaf 1 januari 2022

• 14. Verplaatsbare klimaatregelingsapparatuur voor gebouwen (hermetisch afgesloten apparatuur die door de eindgebruiker van de ene kamer naar de andere kunnen worden verplaatst) die HFK’s met een GWP van 150 of meer bevatten: vanaf 1 januari 2020

• 15. Single-split airconditioningsystemen die minder dan 3 kg gefluoreerde broeikasgassen bevatten en die gefluoreerde broeikasgassen met een GWP van 750 of meer bevatten of nodig hebben voor de werking ervan: vanaf 1 januari 2025


Relevante kenmerken: brandbaarheid, giftigheid, gezondheid, drukveiligheid ISO 817, EN 378 (veiligheidsclassificatie voor koudemiddelen):

Brandbaarheid Koudemiddel classificatie

Sterk brandbaar A3 B3

Brandbaar A2 B2

Matig brandbaar A2L B2L

Onbrandbaar A1 B1

Giftigheid Lage giftigheid Hoge giftigheid

ADR & CLP: H280 (onder druk) H220 (zeer licht ontvlambaar gas, A2L/A2/ A3, o.a. R32, propaan)H221 (ontvlambaar gas. A2L, o.a. R1234yf)

PED: groep 1 (gevaarlijk): B, A2L, 2 en 3 (o.a. R32, R1234yf, ammoniak, R290)groep 2 (ongevaarlijk): A1 (o.a. R134a, R410A, kooldioxide, R1234ze(E))


Relevante kenmerken: overzicht

Samenvattende tabel met de relevante kenmerken

➢ Rood en Oranje: afbouw vanwege ODP/GWP

➢ Licht- en donkergroen: Alternatieven

Type R-nummer Chemie ODP GWP Veiligheidskla

sse

Synthetisch: CFK & HCFK

R12 met chloor, fluor en

koolstof

1 10900 A1

R22 met chloor, fluor,

waterstof en koolstof

0,055 1810 A1

Synthetisch: HFK en mengsels met HFK (GWP>150)

R507A mengsel met hoge GWP,

zonder ‘’glide’’

0 3985 A1

R410A mengsel met hoge GWP,

met ‘’glide’’

0 2088 A1

R134a met fluor, waterstof en

koolstof

0 1430 A1

R32 0 675 A2L

R452B,

R454B

Mengsels met lagere

GWP, met ‘’glide’’

0

0

676

467

A2L

Synthetisch: HFO en mengsels met HFO (GWP<150)

R454C Mengsels met zeer lage

GWP, met ‘’glide’’

0 148

(146)

A2L

R1234yf met fluor, waterstof en

koolstof; dubbele binding

0 4 (<1) A2L

R1234ze (E) 0 7 (<1) A2L

Natuurlijk

Ammoniak R717 NH3 0 0 B2L

Kooldioxide R744 CO2 0 1 A1

Koolwaterstoffen R290

R600a

R1270

Met waterstof en koolstof

(C3H8, C4H10, C3H6)

0

0

0

3

3

2

A3


Wet en regelgeving

• Afbouw F-gassen via ozon- en broeikasgas wetgeving: EU F-gassen Verordening, voor alle lidstaten, nieuwe versie in de maak

• NL: Activiteitenbesluit MilieubeheerVoor een koelinstallatie met meer dan:

• a) 10 kg kooldioxide is NPR 7601 van toepassing (5);• b) 5 kg koolwaterstoffen is NPR7600 van toepassing (4);• c) 10 kg ammoniak is PGS-13 van toepassing (6).

• Jaarlijkse preventieve controle (vergelijkbaar met F-gassen).• Competentie en certificering van personen en bedrijven (zelfregulering door de

sector)• Beneden inhoudslimieten: algemene zorgplicht volgens de Arbowet• Boven inhoudslimieten: meldingsplicht• Boven 100 kg koolwaterstoffen of 1.500 kg ammoniak: vergunningsplicht• Verplichtingen primair bij eigenaar van de installatie en de werkgever van personeel.


Belangrijke normen en Nederlandse richtlijnen

• NEN EN 378:2016 Koelinstallaties en warmtepompen - Veiligheids- en milieueisen - Europese (horizontale) norm, 4 delen, omvat gehele levenscyclus

• (EN) IEC 60335-2-40 Household and similar electrical appliances - Safety -Part 2-40: Particular requirements for electrical heat pumps, air-conditioners and dehumidifiers - Internationale productnorm-serie

• NPR 7600:2020 Toepassing van brandbare koudemiddelen in koelinstallaties en warmtepompen – Nederlandse Praktijk Richtlijn

• NPR 7601:2020 Toepassing van kooldioxide als koudemiddel in koelinstallaties en warmtepompen - Nederlandse Praktijk Richtlijn

• PGS 13:2020 Brandveilige, arbeidsveilige en milieuveilige toepassing van ammoniak als koudemiddel in koelinstallaties en warmtepompen –Publicatiereeks Gevaarlijke StoffenWebinar TKI Urban Energy - Toepassing Natuurlijke Koudemiddelen – 5 mei 2021

17

Wat is belangrijk uit deze normen en richtlijnen?


• Bevatten veel technische details voor ontwerp, montage, bedrijfsvoering, ouderhoud en demontage

• Vooral van belang voor fabrikanten, ontwerpers en installateurs van warmtepompen

• Veiligheidsmanagement

• Relatie met EU Richtlijnen, zoals PED, MD, ATEX

18

Competentie en certificering

• F-gassen certificaat verplicht voor personen en voor bedrijven die werken met F-gassen (BRL-100 en BRL-200)

• Vakbekwaamheidscertificaat voor werken met natuurlijke koudemiddelen

• Stichting Netwerk Koude en Klimaattechniek NKK (brede vertegenwoordiging, zelfregulering door sector)• ACB (Ammoniak, CO2, Brandbare koudemiddelen)

➢Werken aan het koudemiddelcircuit (ACK monteurs, sinds 2011)

➢Ontwerpen van het koudemiddelcircuit (voor alle koudemiddelen, in ontwikkeling, vanaf 2022)

➢Bedienen (operators, voor specifieke koudemiddelen, in ontwikkeling, vanaf 2022)


Vragen van deelnemersuit Q&A


5 minuten PAUZE


Energetische beschouwing

• Theorie: simulatie met CoolTools

• TEWI

• Praktijk: leveranciersgegevens


CoolTools

• Uitgangspunten• Isentropisch compressor-rendement: 70%

• Thermisch rendement SGHX: 40%

• dTint-ext (pinch): 5K bij lucht en 2K bij water• dTSH: 4K

• dTSC: 2K

• dpSL: 0,5K• dpDL: 0,5K


Resultaten CoolTools ABron |Afgifte

Temperatuur [°C]

35 55 65 75

-7 A-7/W35 A-7/W55 A-7/W65 A-7/W750 B0/W35 B0/W55 B0/W65 B0/W757 A7/W35 A7/W55 A7/W65 A7/W75

10 W10/W35 W10/W55 W10/W65 W10/W7520 W20/W35 W20/W55 W20/W65 W20/W75

R1270: propeenR290: propaanR600a: iso-butaanR717: ammoniak

Bron/AfgifteA: Air (buitenlucht)B: gesloten bodem (Brine)W: open bodem (grondwater)

Bron/AfgifteW: Water


Geen hulpenergie Gaat niet om absolute waarden, wel om onderlinge verschillen

Resultaten CoolTools B• Elke brontemperatuur zelfde trend


0

1

2

3

4

5

6

7

8

-7 °C A/W 0 °C B/W 7 °C A/W 10 °C W/W 20 °C W/W

35 °C

55 °C

65 °C

75 °C

COP Propaan

25

Conclusies simulatie met CoolTools

• Verschillen klein – niet helemaal te verwaarlozen

• Grootste verschil in COP: 15-20% (R407C - R600a)• R407C – propaan: 10-15%• R410A – propaan: 5-10%

• Hoogste COP’s:• R134a• Laag-GWP synthetische KM (R1234yf/ze(E))• Natuurlijke KM (top: R600a)

• Energieprestatie Natuurlijke KM vs. onderzochte Synthetische KM:• Vergelijkbaar of marginaal beter


TEWITotal Equivalent Warming Impact

Uitgangspunten

• Direct (vrijkomend KM)• Lekkage 2%

• Recycling: 80%

• Indirect (door elek-productie)• 0,34 kg CO2/kWh-elek (NTA 8800)

• Groene stroom ➔


Warmtepompen op de markt - anoniem


Visuele weergave van commercieel verkrijgbare warmtepompen met verschillende koudemiddelen (R290 = propaan).

28

WPs op de markt - CO2 - anoniem

================ CO2 ================Webinar TKI Urban Energy - Toepassing Natuurlijke Koudemiddelen – 5 mei 2021

Visuele weergave van de temperatuurtrajecten van CO2warmtepompen op de markt.

29

Praktische toepassing• Projecten

• Propaan: Individuele combi-WP’s (< 12 kW) • o.m. Alpha Innotec, Vaillant, Nibe

• CO2: Utiliteit/horeca/zorg en klein-collectief (30-40 kW)• o.m. Mitsubishi (Elec. en H-Ind.)/Alklima, Coolmark, Stulz

• Experimenteel/pilot/ontwikkeling• Stille NoM-module (R410A ➔ CO2) – P&P t.b.v. renovatie

• BAM-Alklima• (CO2) voor NL-markt

• Feenstra/Vattenfall/Denso• Propaan-WP met extreem lage KM-inhoud

• HP-Launch (3-4 kW /150 g)• Fraunhofer LC150 – Vaillant/Bosch/Viessmann

• Collectieve HT-WP (propaan + iso-butaan)• Pilot Wonen Limburg – Servex• 2 industriële pilots


Tot slot

• Synthetische koudemiddelen met significant GWP (boven ca. 150) worden afgebouwd

• Voor veel WP-toepassingen geschikt NKM beschikbaar met:• Gering effect op milieu en verwaarloosbaar op klimaat• Vergelijkbare of betere prestaties• Stabiele kosten

• Dit zijn:• Koolwaterstoffen, m.n. propaan – vnl. kleine warmtepompen • CO2 – (combi)/tapwater, klein en groot• NH3 – vnl. industrieel

• Veiligheid => risico-beheersmaatregelen• Alle koudemiddelen: afhankelijk van concept en toepassing• Koolwaterstoffen, R32 en HFO’s: brandbaarheid – NPR 7600:2020• CO2: druk – NPR 7601:2020• Verantwoordelijkheid veilige toestellen bij fabrikant• Installateur/eindgebruiker: volg installatievoorschriften en handleidingen


Aanbevelingen

• Fabrikanten/ontwikkelaars/adviseurs:• Overweeg toepassing NKM

• Ontwerp en beheer:• Voorkom directe emissie - kans op lekkage uitgesloten/minimaal

• Bestaande WPs met significante GWP:• Vervang WP op natuurlijk moment door WP met NKM

• Montage en installatiekwaliteit• Investeer in kennis en opleiding• Stichting Netwerk Koude- en Klimaattechniek

• Grootschalige (HT-)WP:• Vroeg projectstadium (analyse, afweging en besluitvorming)

• Ondersteuning• Ontwikkeling• Demonstratie/pilots• Marktintroductie


Vragen van deelnemersuit Q&A


Poll 2 (pop-up)

• Wat neemt u mee?

• Let op: 3 vragen ➔ scroll!


Afsluiting

• Mogelijkheid voor terugkijken webinar en slides

• Beschikbaarheid rapport

• Vervolg (TKI-RVO)

• www.tki-urbanenergy.nl


Het Toepassen van Natuurlijke Koudemiddelen in Warmtepompen

Documents

Transcript of Het Toepassen van Natuurlijke Koudemiddelen in Warmtepompen