artikel

Energiezuinig koelen

Algemeen

De belangstelling voor het besparen op energie is vanwege de hoge prijzen van gas en elektriciteit groter dan ooit. Ook bij koelinstallaties zijn de besparingsmogelijkheden interessant. Bedrijven kunnen hier hun voordeel mee doen.

TNO berekende al in 2004 dat de energiekosten van een industriële vriesinstallatie, gerekend over de levensduur van de installatie, aanzienlijk hoger kunnen uitvallen dan de investeringskosten. Door het energieverbruik een centrale rol te laten spelen bij het ontwerp van een koelinstallatie kunnen bedrijven veel geld besparen. De mogelijkheden op een rij.

Afkoelen in meerdere stappen
Afkoelen in twee stappen kan een energiebesparing opleveren van meer dan 25%. Afkoelen in meerdere stappen vraagt meestal om een extra investering, maar deze verdient zich vaak snel terug, vooral bij stijgende energiekosten. Afkoelen in meerdere stappen kan, afhankelijk van het soort product (taartjes, snacks, vloeistoffen) op heel veel verschillende manieren.

Taartjes komen bijvoorbeeld op een temperatuur van meer dan 200°C uit de oven. Ze gaan via een lopende band naar de vriezer en hebben, daar aangekomen, nog een temperatuur van ongeveer 70°C. Door nu de uitloopband langer te maken (meer ruimte nodig) of door de taartjes in een geforceerde luchtstroom af te koelen (vraagt extra investering) kunnen de taartjes zonder dat hiervoor een koelinstallatie nodig is afkoelen naar circa 30°C. Vergeleken met koelen in één stap van 70 naar 0°C in een koelinstallatie bespaart de taartjesfabrikant ongeveer 55% energie. Dit principe (afkoelen met omgevingslucht) noemt men ook wel ‘free cooling’. Door de taartjes nu ook nog in twee extra stappen af te koelen in een koeltunnel (30°C15°C0°C) kan nog eens 25% energie worden bespaard.

Natuurlijk koudemiddel
In vergelijking met chemische koudemiddelen zoals R404A en R507 leveren natuurlijke koudemiddelen zoals ammoniak en CO2, bij lekkage niet of nauwelijks een bijdrage aan het broeikaseffect. Ook het energieverbruik van industriële koelinstallaties is bij toepassing van natuurlijke koudemiddelen vaak aanzienlijk lager. Daar staat tegenover dat ammoniak in grotere hoeveelheden giftig is en CO2 heeft een hogere werkdruk, waardoor een installatie vaak duur is. Toch worden, vanwege het broeikaseffect en de hogere energieprijzen, natuurlijke koudemiddelen steeds meer toegepast.

Intelligent regelen
De koelende werking berust op de verdamping van koudemiddelvloeistof in de verdamper. De damp wordt in de compressor samengeperst en daarna in de condensor vloeibaar gemaakt. Hierbij komt warmte vrij die aan de omgeving wordt afgegeven. Een expansieventiel zorgt voor de toevoer van koudemiddelvloeistof vanuit de condensor naar de verdamper. De grootste energieverbruiker van een koelinstallatie is de compressor, maar ook het energieverbruik van de condensorventilatoren is aanzienlijk. Het energieverbruik van een compressor daalt bij lagere condensatietemperatuur.

Maar dan is wel meer ventilatorvermogen nodig om de condensor beter te kunnen koelen. Figuur 1 toont het verloop van het energieverbruik van compressoren en condensorventilatoren bij verschillende waardes van de condensatietemperatuur, uitgaande van een omgevingstemperatuur van 20°C. De meeste koelinstallaties regelen op een vaste condensatietemperatuur. Dit is echter energetisch niet optimaal. De intelligente regeling bepaalt de optimale condensatietemperatuur afhankelijk van de omgevingstemperatuur en belasting van de koelinstallatie, zodat het elektrisch aandrijfvermogen van compressor en condensor samen minimaal is. In figuur 1 bedraagt de optimale condensatietemperatuur ongeveer 27°C.

Restwarmte
Industriële koelinstallaties zijn vrijwel altijd uitgerust met compressoren. Wanneer er echter restwarmte beschikbaar is, kan de toepassing van een absorptiekoelmachine interessant zijn, omdat deze niet door een compressor maar door warmtetoevoer wordt aangedreven. GEA Grenco heeft recent van de Noorse firma Olympic Prawn opdracht gekregen om een grote visserstrawler uit te rusten met een absorptiekoelinstallatie. Voor de aandrijving van absorptiekoeling wordt de warmte in de rookgassen van de hoofdmotor gebruikt. Er zijn nog geen toepassingen van absorptiekoeling in de voedingsmiddelenindustrie.

De koelinstallatie als warmtepomp
Iedere koelinstallatie ‘verpompt’ warmte van een laag naar een hoger temperatuurniveau, maar alleen als het verwarmingsvermogen nuttig gebruikt wordt, spreken we van een warmtepomp. Door de vrijkomende warmte van de koelinstallatie te gebruiken voor verwarmingsdoeleinden, zoals het verwarmen van het gebouw, wordt de koelinstallatie een warmtepomp. Er zijn twee varianten mogelijk (zie figuur 2).

Een koelinstallatie kan, door parallel aan de bestaande condensor een watergekoelde condensor te installeren, ook zorgen voor lage temperatuurverwarming. Afhankelijk van de uitvoering van de koelinstallatie wordt het hiermee mogelijk om warm water tot ongeveer 45°C te produceren.
Een andere mogelijkheid is het installeren van een ‘extra trap’ op de koelinstallatie. Deze stap maakt het mogelijk om warm water tot ongeveer 80°C te maken. De toepassing kan bijvoorbeeld gebruikt worden voor de verwarming van tap- of proceswater.

De compressor die hiervoor nodig is, vraagt wel aandrijfenergie. Maar het verwarmingsvermogen dat beschikbaar komt, is zoveel groter dan de extra aandrijfenergie, dat de investering zich bij voldoende draaiuren al snel terugverdient. Een voorbeeld: bij verwarmen naar 60°C komt zes keer meer verwarmingsvermogen vrij dan er aandrijfenergie nodig is. Echter voor de aandrijfenergie is elektriciteit nodig en verwarmen gebeurt meestal met aardgas. Elektrische energie is in Nederland per kWuur ongeveer drie keer zo duur als warmte uit aardgas. De besparing op energiekosten is toch nog ongeveer de helft.

Reageer op dit artikel