Rondgang: propaan, ammoniak, CO2 of een ander koudemiddel?
Of marktpartijen bij de transitie naar koelsystemen met laag-GWP-koudemiddelen kiezen voor propaan, ammoniak, CO2 of een andere oplossing blijkt afhankelijk van veel factoren.
De markt is in rep en roer, stelt Henk Dijksma van Dijksma Koudetechniek. “De omslag naar natuurlijke koudemiddelen moet worden gemaakt, maar dat is niet altijd mogelijk. Voor pompsystemen met het koudemiddel R507 is niet direct een alternatief beschikbaar, onze klanten zitten met de handen in het haar.” De adviseurs van Dijksma zijn vaak de brenger van de slechte boodschap aan de klant, erkent de directeur van het koeltechnisch bedrijf uit Emmeloord. “In geval van lekkage moeten we vertellen dat de prijzen van een koudemiddel als R507 enorm zijn gestegen. Vanwege wetgeving wordt de productie van het koudemiddel stapsgewijs afgebouwd, en vanaf 1 januari 2020 zal hetzelfs helemaal niet meer worden geproduceerd. Vanaf die datum mogen installaties alleen nog met geregenereerd R507 worden bijgevuld.”
‘Succesvol instrument’
Dijksma heeft mede om die reden in 2017 bijvoorbeeld niet één groot koelsysteem met meer dan 50 kW vermogen gebouwd op basis van chemische koudemiddelen. “De quotering lijkt een succesvol instrument in de transitie van HFK’s naar natuurlijke koudemiddelen. Maar de transitie gaat zo snel dat de voedselzekerheid in het geding komt. Koelinstallaties vallen bij lekkage uit, en als ze niet mogen of kunnen worden bijgevuld, bederft het opgeslagen product of moet het elders worden opgeslagen. De onzekerheid brengt de continuïteit van individuele bedrijven en de complete koudeketen in het geding”, aldus Dijksma. Hij is voorstander van nieuwe wetgeving. “Waarom niet belonen in plaats van bestraffen? Subsidieer de overstap naar een installatie met een natuurlijk koudemiddel, in plaats van het gebruik van chemische koudemiddelen te bestraffen.”
Koelsystemen ‘opknippen’
Vervangen van de installatie is de enige optie, zou je zeggen. Toch is dat makkelijker gezegd dan gedaan. “Het geld is er vaak niet. Bovendien hebben onze klanten vaak te maken met ‘levende’ producten, en niet ieder koudemiddel is geschikt om de opslag van deze producten te koelen. Propaan? Dat passen we vanwege de veiligheid alleen bij indirecte systemen toe. Boven de 25 kilogram koudemiddelinhoud is propaan door aanvullende veiligheidseisen van de ATEX-zonering (ATmosphères EXplosives, red.) geen aantrekkelijke keuze”, zegt Dijksma. Hij ‘knipt tegenwoordig de koelsystemen liever op’ en kiest in veel gevallen bij grotere koelvermogens voor een indirect systeem waarbij de installatie buiten staat opgesteld en een koudedrager (vaak CO₂) naar de betreffende ruimten en processen wordt gepompt. “In de zomer zijn de cellen meestal leeg, tot de oogst van de gewassen in september en oktober. Ons type klant koelt daardoor vooral in de winter, vanwege het feit dat dan de producten liggen opgeslagen. Een CO₂-transkritisch systeem leent zich hiervoor het beste.” Dijksma is sowieso voorstander van het opknippen van het systeem. “Geen forse ammoniaksystemen dus, maar cascade propaan/kooldioxide (R290/R744) of ammoniak/kooldioxide (R717/R744). Of een CO₂-pompsysteem gekoppeld aan een buiten opgestelde koelinstallatie met ammoniak of propaan als primair koudemiddel.”
Relatief eenvoudig
Bij Coolmark ziet men muziek in de toepassing van propaan, blijkt uit de woorden van Gert van Vugt. “Maar alles is afhankelijk van de toepassing. In supermarkten, waar naast koude ook veel warmte nodig is, is CO₂ een goede keuze. En bij installaties groter dan 500 kilowatt wordt veelal ammoniak toegepast. Maar wij zien dat propaan daarvoor ook een prima koudemiddel is. De reden? Het zijn relatief eenvoudige installaties om te bouwen, die bovendien weinig beperkingen kennen.” De koelinstallatie wordt, in het geval dat Coolmark hem ontwerpt, uitgevoerd als luchtgekoelde propaanchiller. “Daarvan is een hele serie beschikbaar, van 5 tot 1.340 kW, voor een breed scala van zowel klimaat- als koeltoepassingen, verklaart van Vugt. De chillers zijn uitgevoerd met semi-hermetische zuiger- of schroefcompressoren, gefabriceerd en gekeurd volgens ATEX-richtlijnen en speciaal ontworpen voor het gebruik van propaan als koudemiddel. “Hierdoor wordt het betrouwbaar werkende installatie waarmee de gebruiker de temperatuur nauwkeurig en efficiënt kan regelen”, zegt Van Vugt. “En bij een systeem met CO₂ heb je te maken met een zeer technische installatie met hoge werkdrukken door de transkritische werking. Het ontwerp moet daarop worden aangepast”.
Ammoniak
Toch heeft de toepassing van ammoniak als koudemiddel ook voordelen, stelt Ruud van Dissel van Bitzer. “Ammoniak heeft zich al meer dan honderd jaar bewezen, energetisch is het een perfect koudemiddel. En door nieuwe, betere technieken zijn de veiligheidsrisico’s zeer aanvaardbaar. Bovendien is ammoniak bij zeer lage concentraties van 5-25 ppm al te ruiken.” Toch moeten NH₃-koelinstallaties worden voorzien van een goed ontworpen compressor. Door het gebruik van stalen leidingen bij zulke installaties wordt er een andere verbindingstechniek toegepast: er moet worden gelast in plaats van gesoldeerd. Er wordt vaak naar gestreefd om bij NH₃-installaties de koudemiddelvulling zo klein mogelijk te houden. Dit kan door het gebruik van compacte warmtewisselaars, een uitgekiend ontwerp en het toepassen van indirecte koelsystemen met bijvoorbeeld CO₂ als koudedrager.
Gevolgen
Van Dissel laat weten dat vooral de bedrijven die nog koudemiddel R404A gebruiken op korte termijn ‘over moeten’. “Midden- en kleinbedrijven zullen daarbij vooral de keuze maken tussen een CO₂– en ammoniakinstallatie. Alles is afhankelijk van de toepassing. Moet er alleen worden gekoeld, alleen worden gekoeld en gevroren, of ook nog verwarmd?” Een overstap heeft sowieso impact, en niet alleen financieel, zegt Van Dissel. “Het betreft een compleet andere installatie die vraagt om andere kennis en andere opleidingen van de installateurs en technische medewerkers bij de bedrijven.”
Van Dissel merkt echter ook op dat er langzaam maar zeker een transitie gaande is. “Je ziet dat cascade-units worden opgesteld, met doorlussen zodat er een indirect systeem ontstaat. Dat is vaak ingegeven door wetgeving, in combinatie met de behoefte aan energetische voordelen.” De keuze van één- of meertrapscompressie (een ‘boostersysteem’ zonder extra warmtewisselaar tussen de trappen), c.q. een cascadesysteem (twee of drie temperatuurregimes, gescheiden door een warmtewisselaar en uitvoerbaar in varianten met verschillende koudemiddelen) is mede afhankelijk van de verhouding tussen de condensatie- en verdampingsdruk. Bij zuigercompressoren is de maximale drukverhouding bijvoorbeeld circa 1:10. Daarboven wordt de compressie zó inefficiënt en de compressie-eindtemperatuur zó hoog, dat de gebruikelijke smeeroliën instabiel worden. Een oplossing hiervoor vormt het tweetrapscompressiesysteem. Met dit systeem is op efficiënte wijze een grotere drukverhouding te bereiken, bij normale persgastemperaturen van de compressoren.
Verschillende compressortypen
Coolmark adviseert voor de diverse toepassingen compressoren met verschillende zuigers te gebruiken. Voor de kleinere systemen tot 500 kW koelvermogen worden zuigercompressoren gebruikt, terwijl schroefcompressoren worden toegepast tussen 500 kW en 1.300 kW koelvermogen. Van Vugt: “Voor deze watergekoelde chillers is een COP mogelijk van 5 (in deellast tot 7), dat wil zeggen een energiegebruik van 0,2 kW per kW koelvermogen. Met centrifugaalcompressoren voor koudwatermachines zijn koelcapaciteiten te realiseren van 1.200 kW tot 7.000 kW. Deze machines halen eveneens een COP van 5,0.” Toch is het belangrijk om het overall plaatje te overzien, stelt Van Dissel. “Het gaat om de total cost of ownership. Een systeem met een zuigercompressor is op de korte termijn wellicht voordeliger, maar kan op de langere termijn aanzienlijk duurder uitvallen. Een zuigercompressor heeft namelijk veel onderhoud nodig, terwijl een schroefcompressor, die energetisch wel iets minder efficiënt is, in een ammoniakinstallatie veel minder onderhoud nodig heeft.”
> Agendatip: Aanstaande donderdag 15 maart vindt bij Aeres Tech in Ede een informatiebijeenkomst plaats over de ‘Publicatiereeks Gevaarlijke Stoffen’ 13: ‘Koelinstallaties en warmtepompen met ammoniak als koudemiddel’.