Op een rijtje: 16 verschillende technieken om te koelen
Klimaatverandering zorgt voor steeds warmere Nederlandse zomers, waardoor koeling van huizen aan belang toe neemt. Dat blijkt wel uit de verwachtingen van de airco-industrie voor dit jaar: een stijging van ongeveer 50%. Dit terwijl vorig jaar al 30% meer airconditioners werd verkocht. Airconditioning is echter niet de enige oplossing om een gebouw te koelen. TKI Urban Energy verzamelde relevante gegevens van 16 verschillende technieken om te koelen. Per techniek is aangegeven hoe duurzaam deze is, hoe deze gebruikt wordt, wat de stand van de techniek is, wat de kosten zijn, welke rol gebruikers spelen en waar de techniek het beste kan worden toegepast.
De verwachting is dat de koudevraag in de gebouwde omgeving gaat toenemen. Dat komt door:
- Klimaatverandering en daarmee een toename van het aantal zomerse dagen. De temperatuur in de zomer zal daardoor stijgen.
- Het toenemend aantal ouderen die minder goed tegen hogere temperaturen kunnen.
- De gewenning aan comfort van airconditioners in bijvoorbeeld de auto, trein en werkplek.
Om grip te krijgen op de verwachte koudevraag, is het nodig geschikte technologische oplossingen te vinden voor de Nederlands markt. Daarom verzamelde TKI Urban Energy met hulp van adviesbureau W/E adviseurs 16 verschillende technieken om te koelen: van bekende oplossingen als zonnewering tot koudenetten en dauwpuntkoeling.
Combinatie van passieve en actieve maatregelen
Het blijkt dat 'passieve maatregelen' vaak al voldoende zijn om de kans op oververhitting te beperken. Dat zijn maatregelen als de grootte en oriëntatie van de ramen, zonwering, zomernachtventilatie, overstek op het zuiden en bouwmassa. Actieve maatregelen (door middel van elektrische systemen) kunnen aan een gebouw worden toegevoegd als passieve maatregelen niet mogelijk zijn of te weinig effect hebben. Dit sluit aan bij de nieuwste duurzaamheidseisen voor nieuwbouwwoningen, waarin de kans op oververhitting (in jargon ‘TOjuli’) expliciet is opgenomen.
De lijst met alle vergeleken technieken kan hier worden bekeken. De verschillende (koude)technieken worden in aparte factsheets onder de loep genomen en onder meer beoordeeld op prestaties, duurzaamheid, beschikbaarheid, grootte en kosten.
‘Dag van de Koeling’
Om het belang van koeling te benadrukken wordt vandaag de tweede editie van de Internationale Dag van de Koeling georganiseerd. Internationale brancheorganisaties uit de HVAC-sector (heating, ventilation en air conditioning) staan op deze dag stil bij het belang van koeling, airconditioning en warmtepompen. NVKL, de Nederlandse brancheorganisatie van ruim 400 leveranciers en erkende installateurs in koudetechniek en klimaatbeheersing, besteedt ook aandacht aan deze dag. De brancheorganisatie ziet dat dit jaar veel huishoudens kiezen voor de aanschaf van een airconditioning. Waar vorig jaar al 30% stijging in de verkoopcijfers van kwaliteitsairconditioners waar te nemen was – het totaal aantal verkochte airconditioners lag rond de 123.000 – verwachten de bij de NVKL aangesloten leveranciers dat de verkopen dit jaar met circa 50% zullen stijgen naar 185.000. De NVKL erkende installateurs merken dit ook. Zij zien in deze periode een sterk groeiende vraag naar airconditioners onder consumenten.
Natuurlijke koudemiddelen maken hun comeback
Hij staat wel bekend als de éminence grise van de koudetechniek. Professor Henk van der Ree is inmiddels 80, maar volgt alle ontwikkelingen nog op de voet. “Er komen steeds meer koudemiddelen op de markt, ik denk dat installatiebedrijven zich in de komende jaren gaan specialiseren.”
De ontwikkeling en doorontwikkeling van koudemiddelen staan niet op zichzelf. Er is een aantal ‘drivers’, legt Van der Ree uit. Allereerst internationale regelgeving. Via verboden en quotumregelingen worden koudemiddelen met een hoge GWP uitgefaseerd en stimuleert men fabrikanten om nieuwe koudemiddelen te ontwikkelingen met een lagere GWP. “Kijken we bijvoorbeeld naar R410A met een GWP van 2088, dan zien we dat er steeds kleinere hoeveelheden van het koudemiddel worden toegestaan, omdat de quotumregeling de GWP-waarden verdisconteert. Hogere waarden betekenen minder kilo’s. Dat zorgt voor een prijsstijging en tekorten, waardoor het aantrekkelijker wordt om over te stappen op andere, eventueel nieuwe, goedkopere koudemiddelen met een laag GWP.”
Groen imago
Daarnaast wordt er al jarenlang lang gestuurd op energiegebruik. Eco-design, de Energy Directive en andere regelgeving dwingen de branche om energiezuinigere systemen te ontwikkelen. Ook dat heeft invloed op de ontwikkeling van koudemiddelen. En tot slot is er nog een derde driver: ideële motieven. Bedrijven en ook klanten willen tegenwoordig graag een groen imago hebben of ermee worden geassocieerd.
Niet giftig, slechts licht brandbaar
Van der Ree verwacht dat de populariteit van HFO’s zal toenemen. “Ze laten goede thermodynamische prestaties zien, zijn niet giftig, slechts licht brandbaar, blijven stabiel in installaties en er komen steeds meer varianten op de markt met lagere GWP-waardes.” Aan welke GWP-waardes moeten we dan denken? HFO1234yf heeft bijvoorbeeld een GWP van 4 en HFO1234ze van 6.
Significant duurder
Maar vooralsnog kleeft er wel een groot nadeel aan de HFO’s: “ze zijn significant duurder, omdat bepaalde chemische concerns een monopolie hebben op de productie ervan.” Daarnaast hebben grote installaties met HFO’s grotere compressoren nodig. “Daardoor valt de prijs hoger uit, bovendien komt er meer bij kijken om deze systemen te installeren.”
Natuurlijke koudemiddelen
Deze ‘drivers’ hebben gezorgd voor een revival van de natuurlijke koudemiddelen. Logisch natuurlijk, omdat ze in tegenstelling tot chemische koudemiddelen slechts minimaal bijdragen aan milieuschade. Bovendien pakken ze vaak financieel voordeliger uit, als er naar de TCO van een installatie wordt gekeken. Last but not least, is het voor de eindklant wel zo prettig niet continu rekening te hoeven houden met uitfasering, eventuele tekorten en stijgende prijzen, zoals bij chemische koudemiddelen voortdurend het geval is.
Koolstofdioxide
Koolstofdioxide is een oude bekende in de koeltechniek. In de loop der jaren is het koudemiddel voor verschillende toepassingen succesvol gebruikt. Voor supermarktkoeling bijvoorbeeld, in vrieshuizen en in kleine warmtepompen die warm tapwater produceren. “Je moet wel rekening houden met een aantal beperkingen. Koolstofdioxide presteert beter in een omgeving met een relatief koude omgevingstemperatuur. In zuidelijke landen ligt het rendement dus lager. Ook werk je met hoge drukken, wat onder meer consequenties heeft voor het leidingwerk en de robuustheid van de compressor.”
Propaan
Dit koudemiddel wint rap aan populariteit en gezien zijn eigenschappen is dat ook meer dan begrijpelijk. “Propaan laat uitstekende thermodynamische prestaties zien, is goedkoop, niet giftig en de compressor kan werken met minerale olie. Maar er kleeft wel een groot nadeel aan propaan: het is erg brandbaar, waardoor je aan veel voorschriften moet voldoen om het te gebruiken in installaties.”
Isobutaan
“Isobutaan kennen we al van de koelkasten. Bij industriële warmtepompen is isobutaan met name interessant voor de hogere temperatuurrange. Het is goedkoop, niet giftig en je kan met lagere drukken toe dan met propaan. Nadeel is wel dat het brandbaar is, wat zwaarder weegt bij grotere installaties, net als bij propaan.”
Water
“En dan hebben we nog water. Een goedkoop koudemiddel dat ruimschoots voorhanden is. Water heeft al zijn toepassing gevonden in grote installaties voor de koeling van mijnen. Daarnaast is er toenemende belangstelling voor (a)diabatische systemen voor bijvoorbeeld de koeling van sporthallen en datacenters. Voor dit proces met water als koudemiddel, dat energiezuinig is en waarbij geen compressor hoeft te worden gebruikt, verwacht ik een grote toekomst.” Conclusie: over de hele linie bekeken, groeit het marktaandeel van natuurlijke koudemiddelen sinds de jaren 90 en die groei zet waarschijnlijk door.
Meer specialisatie
Van der Ree tot slot: “Al deze oplossingen vragen om een specifieke kennis en behandeling. Ik verwacht daarom dat installatiebedrijven zich de komende jaren meer gaan specialiseren, bijvoorbeeld op het gebied van propaan of HFO’s. Dat is enerzijds toe te juichen, omdat je dan met echte specialisten van doen hebt. Anderzijds brengt het ook een risico met zich mee, want hoe objectief kan je als installatiebedrijf in zo’n geval nog advies geven aan een klant?”
Meer weten? In de mei-uitgave van IZ staat de uitgebreide versie van dit artikel! Deze verschijnt op 26 mei a.s. en is ook digitaal in te kijken.
Biologische supermarktketen kiest voor duurzaam koelen
De biologische totaalleverancier Udea bouwt een nieuw hoofdkantoor in Veghel inclusief een nieuw distributiecentrum. Drie compressoren en een industriële warmtepomp gaan respectievelijk het distributiecentrum koelen en het kantoorgedeelte verwarmen en koelen. Koeltechnisch installatiebedrijf PCT Koudetechniek uit Deurne ontwikkelt samen met de Deense compressorfabrikant Sabroe de koelinstallatie. De vrijgekomen restwarmte wordt ingezet om het kantoordeel van het complex te verwarmen.
Ekoplaza startte in 1980 als biologische buurtsuper in Amsterdam en is inmiddels uitgegroeid tot een winkelketen met 72 vestigingen door heel Nederland. Ekoplaza is een supermarktformule van Udea, totaalleverancier van biologische levensmiddelen in de Benelux en franchisegever van Ekoplaza. In de schappen van de supermarkten liggen alleen biologische producten.
Om te kunnen voldoen aan de toenemende vraag naar biologische producten, wordt in Veghel een nieuw complex gebouwd. Hierin worden het hoofdkantoor van Ekoplaza inclusief een nieuw hypermodern distributiemagazijn gevestigd.
Duurzaamheid vereist
Martijn Wolswijk is manager projecten van koeltechnisch installatiebedrijf PCT Koudetechniek uit Deurne. Dit installatiebedrijf heeft de koude-installaties ontworpen, geleverd en geïnstalleerd in de machinekamer van het nieuwe distributiecentrum. Wolswijk vertelt dat bij Udea duurzaamheid en gebruik van duurzame energie een vereiste is. “Deze supermarktketen zet in op een groenere wereld en geeft ook uiting aan deze denkwijze met hun gebouwen.”
Geconditioneerde warehousing
Bij dit nieuwe complex gaat het om geconditioneerde warehousing en hoofdkantoor met een totaal oppervlak van circa 32.000 vierkante meter. Het distributiecentrum wordt een opslag- en overslagcentrum voor de leveringen van producten aan alle supermarktvestigingen in Nederland. Udea heeft hiervoor haar systeem geoptimaliseerd waarmee zowel de winkelbelevering als de e-commerce orders voor consumenten worden verwerkt.
Excellent certificering van BREEAM
“Deze leveringen omvatten dus een enorme diversiteit in productstromen, zoals kruidenierswaren, zuivel, gekoelde, verse en diepvriesproducten”, aldus Wolswijk. “Het is een omvangrijk en duurzaam project, dat voldoet aan de excellent certificering van BREEAM, waardoor het gebouw voldoet aan isolatiewaarden en energiebeperkende maatregelen. Wij hebben de volledige koudetechniek geleverd van twee derde van het hele complex en de koude- en warmteopwekking voor de kantoorruimtes van dit pand”, zegt Wolswijk. “Meer dan de helft van het nieuwe distributiecentrum wordt voorzien van gekoelde ruimtes met een ruimtetemperatuur die varieert tussen +2°C en +12°C.”
Natuurlijke koudemiddelen
PCT Koudetechniek realiseert ook een tweetal vriescellen met een ruimtetemperatuur van -25°C. “Om de koude te leveren wordt gebruik gemaakt van een koelinstallatie met drie compressoren waaraan een warmtepomp is gekoppeld, die specifiek op dit distributiecentrum is afgestemd”, zegt Wolswijk. “Deze koelinstallatie draait op de natuurlijke koudemiddelen ammoniak (R717/NH3) en koolstofdioxide (R744/CO2). Ze zijn milieuvriendelijk en leveren geen bijdrage aan het broeikaseffect. De installatie is opgebouwd als een NH3/CO2-cascadesysteem. Om een brandveilige en gasdichte omgeving te garanderen beperkt het NH3-systeem zich primair tot de koeltechnische machinekamer, waarmee een relatief lage koudemiddelinhoud wordt gerealiseerd.”
Verdampende koudedrager
De machinekamer is 60 minuten brandwerend. De CO2 wordt als een verdampende koudedrager toegepast om alle luchtkoelers te voorzien van koude. De koelcapaciteit van het systeem is 1550 kW. De verdampingstemperatuur is -8°C. De verwarmingscapaciteit is 200 kW, met een condensatietemperatuur van +50°C waarbij het koudemiddel R717 (NH3) wordt gebruikt.
Voor het koelgedeelte van het nieuwe distributiecentrum van Udea levert Sabroe drie energiezuinige en milieuvriendelijke compressoren en een industriële warmtepomp, die vervolgens door PCT Koeltechniek zijn samengesteld en geïnstalleerd. Sabroe is leverancier van compressoren op basis van natuurlijke koudemiddelen die veelal gebruikt worden in voeding en industrie.
Energie-efficiënt
Søren Demant is sales executive bij Sabroe Products Benelux . “In de voedingsmiddelenbranche is het noodzakelijk dat koelinstallaties 24 uur per dag in werking zijn. Dat kost aanzienlijke hoeveelheden energie en grondstoffen om de temperatuur op peil te houden. Bij Sabroe hebben we duurzaam gebruik van grondstof en energie hoog in het vaandel staan. Vandaar dat we voor de ontwikkeling van nieuwe apparaten de focus leggen op energie-efficiënte systemen.”
PLC-besturingssysteem
“Als koudemiddel zijn ammoniak, CO2 en propaan duurzame en milieuvriendelijke stoffen waarmee koelsystemen veilig en duurzaam kunnen draaien, tegen minimale energiekosten”, vertelt Eric van Hugten manager unitbouw en engineering van PCT Koudetechniek. “Innovatief aan deze koelinstallatie is dat het volledig wordt beheerd, geregeld en visueel gemaakt door een PLC-besturingssysteem, waarmee het hele gebouw, inclusief de machinekamer met compressoren zowel lokaal als op afstand kan worden beheerd. Deze software is door PCT ontwikkeld. De drie compressoren van de koelinstallaties zijn voorzien van een frequentieregelaar waarmee in het voor- en najaar lagere toerentallen te realiseren zijn. Wisselende buitentemperaturen worden door de installatie opgevangen, omdat ze hiervoor zijn ingeregeld, waarmee het opgenomen vermogen lager uitvalt en energie wordt bespaard. Hoe lager de condensatietemperatuur die is gekoppeld aan de buitentemperatuur, hoe hoger de energiebesparing. Elke tien graden verlaging van de condensatietemperatuur levert circa 30% energiebesparing op.”
Warmteterugwinning gecombineerd met warmtepomp
PCT Koudetechniek installeert naast de centrale koel- en vriesinstallaties ook de koude- en warmteopwekking voor de kantoren binnen het complex. “De warmteopwekking wordt gerealiseerd door het toepassen van warmteterugwinning in combinatie met een industriële warmtepompinstallatie”, vertelt van Hugten. “Sabroe is voortdurend bezig om zijn industriële koelsystemen en warmtepompen verder te ontwikkelen, te innoveren en energiezuiniger te maken. Bij deze koelinstallaties komt veel restwarmte vrij, een warmtebron waar aanvankelijk niets mee gedaan kon worden en naar buiten werd afgevoerd. Deze restwarmte wordt nu ingezet voor het verwarmen van de kantoorruimten van het complex. De temperatuur van deze restwarmte is te laag en wordt opgewaardeerd naar een hogere temperatuur met een industriële warmtepomp van 200 kW, type HeatPAC24 VSD, die eveneens door Sabroe is geleverd. Deze warmtepomp is gekoppeld aan het koelsysteem om de restwarmte een extra boost te geven naar de gewenste aanvoertemperatuur van het water waarmee de kantoren worden verwarmd. Deze toepassing hebben we samen met Sabroe ontwikkeld en reduceert de energiekosten aanzienlijk met zo’n 75% ten opzichte van reguliere lucht/water warmtepompsystemen .”
Ontzorgen van het koeltechnisch installatiebedrijf
Joost van der Gaag, senior accountmanager van Sabroe Products Benelux, legt uit dat Sabroe intensief met PCT Koudetechniek heeft samengewerkt om voor Udea een productoplossing te kunnen realiseren. “Focus ligt vooral op het ontzorgen van het koeltechnisch installatiebedrijf”, zegt Van der Gaag. “Vooraf wordt samen met PCT Koudetechniek zorgvuldig gekeken en gerekend naar geschikte opties en samenstellingen van de apparaten en zijn voor- en nadelen zorgvuldig afgewogen. Het gaat immers om een geavanceerde techniek van de compressoren en de warmtepomp, die we selecteren voor de koelvraag die Udea aan PCT Koudetechniek stelt. In principe geeft de opdrachtgever aan welke temperatuur koeling en welke warmtecapaciteit hij nodig heeft.”