Scrollcompressoren voor transkritisch en subkritisch bedrijf: ‘doorbraak voor commerciële CO₂-koeling’

20 oktober 2021

Met de introductie van Copeland-scrollcompressoren voor CO₂-koudemiddel voor zowel transkritisch als subkritisch bedrijf verwacht Emerson een belangrijke stap te zetten in de verduurzaming van de commerciële koeling. Daarvoor moeten de voordelen zorgen ten opzichte van de semi-hermetische schroefcompressoren die nu gangbaar zijn in CO₂-koeling. Het bedrijf lanceert ook nieuwe CO₂-condensingunits die voorzien zijn van de nieuwe scrollcompressoren.

Tekst: Uko Reinders (op basis van persbericht Emerson)

Scrollcompressoren worden al veel toegepast, zoals in airconditioning en warmtepompen, waar dit het gangbare type compressor is. Ze worden ook toegepast in de commerciële koeltechniek; er zijn types voor HFK- en HFO-koudemiddelen en propaan. En voor CO₂, echter alleen voor subkritisch bedrijf, dus voor het vriezen. Een scrollcompressor voor transkritisch bedrijf ontbrak nog, maar daar is nu verandering in gekomen.

Vooral semi-hermetische zuigercompressoren
Door het ontbreken van een scrollcompressor voor het transkritisch bedrijf kozen ontwerpers bij het samenstellen van een boostersysteem vooral voor semi-hermetische zuigercompressoren. Het is niet gebruikelijk om een scroll- en zuigercompressor in een boosterinstallatie te combineren. Met de nieuwe Copeland-compressoren voor koelen en vriezen kunnen de boostersystemen nu wel met alleen scrollcompressoren worden uitgevoerd.

Complexiteit vanwege hoge drukken
De introductie van deze nieuwe compressoren start op de Europese markt en zal daarna geleidelijk wereldwijd worden uitgebreid. Dat het even heeft geduurd voordat Emerson naast de CO₂-scrollcompressor voor subkritisch bedrijf deze compressoren ook voor transkritisch bedrijf heeft ontwikkeld, komt door de complexiteit vanwege de hoge drukken. Die maken het lastig om het scrollsysteem erop toe te passen. Inmiddels is dat probleem dus getackeld.

Lichter en compacter
Emerson denkt met de scrollcompressoren hoge ogen te gooien, omdat ze lichter en compacter zijn dan schroefcompressoren. “Ze zijn daardoor beter geschikt voor kleine racks. Ze nemen minder ruimte in beslag in de technische ruimte en je kunt er gemakkelijker racks mee bouwen”, zegt Jack Quadflieg, manager sales Benelux bij Emerson Climate Technologies. Verder valt in het persbericht over de introductie te lezen dat de CO₂-scrollcompressoren veelal stiller zijn dan semi-hermetische zuigercompressoren. Dit is vooral voordelig voor gebruik in geluidsgevoelige stedelijke omgevingen. Ze genereren minder trillingen en pulsaties in koelsystemen, waardoor ook de betrouwbare en veilige werking van het systeem wordt verbeterd.

Verlaging van productiekosten
Een ander voordeel van de scrolltechnologie is volgens Emerson dat er in combinatie met intelligente elektronica een oplossing komt om CO₂-boostersystemen samen te stellen die minder complex zijn, wat de productiekosten verlaagt. Dat komt doordat minder systeemcomponenten nodig zijn, zoals een parallelle compressor, inverteraandrijving of leidingen. Dit vereenvoudigt niet alleen het systeemontwerp, maar verlaagt ook de kosten; zowel van de investering als van de bediening en het onderhoud. Het resultaat is een lagere total cost of ownership. Hoeveel de besparing bedraagt kan Emerson niet zeggen; dat is afhankelijk van het project.

Copeland transkritische CO₂-scrollcompressor met variabele snelheid ZTW en Dynamic Vapor Injection (DVI). Foto: Emerson.

Dynamische dampinjectie
De goede efficiëntie komt mede door de innovatieve manier waarmee in de nieuwe transkritische scrollcompressoren met flashgas wordt omgegaan. De nieuwe gepatenteerde technologie die door Emerson is ontwikkeld, heet dynamische dampinjectie (DVI). Met de techniek wordt dampkoelmiddel rechtstreeks vanuit de flashtank (of uit een economizer) via een injectieklep in de scrollcompressor geïnjecteerd. Hiermee vervalt de noodzaak voor parallelle compressie en dat zorgt ervoor dat CO₂-koelsystemen minder complex worden en tegelijkertijd een hoger rendement opleveren.

Bedoeld voor kleinere vermogens
De nieuwe scrollcompressoren zijn bedoeld voor kleinere vermogens en daarmee voor kleinere installaties, vooral voor de commerciële koeling zoals die is te vinden in kleine supermarkten en winkels, benzinestations en horecagelegenheden met gekoelde of ingevroren producten. In deze markt wordt CO₂ al steeds vaker als koudemiddel toegepast. Er worden vooral semi-hermetische schroefcompressoren gebruikt, maar nu zijn er dus ook de kleinere en makkelijker toepasbare scrollcompressoren voor beschikbaar.

Uitdagingen rond de F-gassenregelgeving
Emerson denkt dat de nieuwe scrolltechnologie een belangrijke rol kan spelen om de uitdagingen van commerciële koeling om te voldoen aan de F-gassenregelgeving aan te gaan. Met de nieuwe compressoren wordt het ontwerp van koelsystemen simpeler, waardoor het natuurlijke koudemiddel CO₂ economisch interessanter wordt voor kleinere winkels. Het aandeel van kleinere winkels ziet Emerson met de verstedelijking wereldwijd toenemen. De nieuwe compressoren sluiten bij die internationale ontwikkeling aan, want ze zijn in alle klimaten toepasbaar.

Drie reeksen scrollcompressoren
Emerson introduceert drie reeksen Copeland CO₂-scrollcompressoren voor transkritische (voor koelen) en subkritische (voor vriezen) toepassingen, met modellen met vaste en variabele snelheid. De nieuwe reeks CO₂-scrollcompressoren voor koelen met vaste snelheid (ZTI) bestrijkt een capaciteitsbereik van 8 tot 19 kW. De stilstanddruk loopt tot 110 -140 bar. Uitgerust met een speciale borstelloze motor met permanente magneet (BPM) zorgen de modellen met variabele snelheid (ZTW) voor extra flexibiliteit met behoud van een hoog rendement; het capaciteitsgebied is vergroot naar 4 tot 36 kW. De compressoren werken door de elektronische aansturing altijd op een optimale snelheid, waardoor inefficiënte aan-uit-bewerkingen overbodig worden.

Compressorreeksen voor lage temperaturen
Voor de lage temperaturen (onder nul) heeft Emerson ook twee compressorreeksen, met een stilstanddruk tot 110 -140 bar. De modellen met een vaste snelheid variëren in capaciteit tussen de 4 en 20 kW; die met een variabele snelheid gaan tot 27 kW. De nieuwe generatie CO₂-scrollcompressoren omvat een reeks slimme elektronica, geïntegreerd in een efficiënte en betrouwbare oplossing voor CO2-boostersystemen die CO₂-koeling bieden van 25 tot 100 kW MT.

Intelligente elektronica
De nieuwe compressoren zijn uitgerust met intelligente elektronica. Dit is de nieuwe Copeland XC Pro-systeemcontroller, die een breed scala aan gegevens verzamelt en analyseert en daarmee de goede werking van de compressor bewaakt. De controller geeft ook de mogelijkheid om koelsystemen van retailers verder te digitaliseren. Dit omvat diagnose op afstand, voorspellend onderhoud, prestatieanalyse en uitgebreide gegevensanalyse. Dit maakt volgens Emerson op een eenvoudige en efficiënte manier verbeteringen van systeemprestaties mogelijk. Bovendien kan het systeem worden aangesloten op gebouwbeheersystemen (GBS). Door de integratie hiermee kan de algehele gebouwefficiëntie worden verbeterd en de koeling in winkels beter functioneren.

Nieuw portfolio CO₂-condensingunits
Samen met de nieuwe scrollcompressoren introduceert Emerson een nieuw portfolio CO₂-condensingunits die met deze compressoren zijn uitgerust. Ze voldoen aan de eisen van de Europese markt en omvatten in totaal vier koelunits voor koeltoepassingen. Met een koelvermogen van 15 tot 50 kW zijn ze vooral geschikt voor gedecentraliseerde oplossingen in kleine tot middelgrote supermarkten en buurtwinkels. Elke unit is ontworpen voor een efficiënte en continue werking, zelfs in de warmste klimaten. Emerson garandeert een betrouwbare werking tot een omgevingstemperatuur van 44 °C.

Breed scala aan capaciteiten
De condensingunits bieden in tandemtoepassing en met toepassing van frequentieregelaars een breed scala aan capaciteiten, waardoor frequente aan/uit-cycli worden vermeden. Voorgeconfigureerde parameterinstellingen maken plug & play-installatie mogelijk, wat tijd scheelt, waarna het intelligente besturingsconcept de werking binnen veilige grenzen houdt. Met lage trillingsniveaus van de CO₂-scrollcompressor, de nieuwste EC-ventilatortechnologie en de regelfunctie voor nachtmodus, zijn deze units ook voorbereid voor installatie in geluidsgevoelige omgevingen.

Flexibiliteit bij de integratie van gebouwen
Ontworpen met een modulair ontwerpconcept voor verschillende manieren van installatie, biedt de koelunit veel flexibiliteit bij de integratie van gebouwen: verpakt of gesplitst, binnen of buiten, en met een gaskoeler die horizontaal, verticaal of zelfstandig kan worden geplaatst. Met de koelunits mikt Emerson op toepassing in stedelijke gebieden, bij retailers die de koelcapaciteit van hun winkels willen uitbreiden, maar weinig ruimte hebben.

CO₂ voor elke toepassing?
Op het Koudecongres, dat op 4 november plaatsvindt onder de titel ‘Innovatie, ja natuurlijk’, geeft Bart van der Wekken (hoofd Koeltechniek bij Koning Koudetechniek) de presentatie ‘CO₂ voor elke toepassing?’ Daarbij gaat hij in op verschillende CO₂-systemen (booster, parallelcompressie, verwarming en pompsystemen) en geeft hij een overzicht van alle koeltoepassingen. 
Het volledige programma vindt u op de congreswebsite.