artikel

Koelsysteem herzien en verbeteren

Algemeen

Koel- en vriesinstallaties mogen niet meer worden bijgevuld met nieuw geproduceerde HCFK’s, waaronder het koudemiddel R22, en vanaf 2015 geldt een compleet verbod op het gebruik van deze middelen. De vraag is hoeveel en hoe lang R22 beschikbaar is. Reden om het koelsysteem te herzien en zo mogelijk deze investering te combineren met procesverbeteringen en kostenbesparingen.

R22 en andere HFCK’s zijn chloorhoudende koudemiddelen die de ozonlaag aantasten en een broeikaseffect hebben tot meer dan 5.000 keer het effect van CO2. Om verdere aantasting van de ozonlaag te voorkomen, wordt gebruik van deze koudemiddelen uitgefaseerd en vanaf 2015 verboden.

Van 2010 tot 2015 mogen koel- en vriesinstallaties wel bijgevuld worden, maar uitsluitend met R22 die vrijkomt uit vervallen en omgebouwde installaties. De schatting is dat aan zo’n 15% van de vraag vanuit gerecyclede HFCK’s kan worden voldaan. Het relatief lage aanbod drijft de prijs mogelijk omhoog en het risico van vroegtijdig opraken van de voorraad is niet onwaarschijnlijk.

Oplossingen
Gemiddeld lekt iedere koel- of vriesinstallatie jaarlijks zo’n 3,5-5% koudemiddel. Bij een calamiteit met lekkage gaat het om vele male grotere hoeveelheden koudemiddel. Door de beperkingen in het gebruik en beschikbaarheid van R22 brengt doordraaien met bestaande installaties vanaf nu dus risico’s met zich mee. Om die te beperken of vermijden kan worden gekozen voor de drop-in van een ander koudemiddel of het ombouwen (retrofitten) van de installatie naar een ander koudemiddel.

Dit levert over het algemeen echter een verslechterde efficiëntie tot 20% op, een gereduceerd koelvermogen en een verminderde betrouwbaarheid van de installatie.

Een andere mogelijkheid is het vervangen van de gehele koelinstallatie. Dit brengt hoge investeringskosten met zich mee, maar biedt wel de mogelijkheid om het systeem te optimaliseren en natuurlijke koudemiddelen toe te passen. Door een gefaseerde en multidisciplinaire aanpak is het mogelijk de (des)investering om te zetten in procesverbeteringen.

Dit is te bereiken via een combinatie van reductie van de koudevraag, verbetering van de efficiëntie (zowel energetisch als logistiek) en kostenreductie. Royal Haskoning verdeelt de uitfasering van R22 in een bedrijf in drie fases: inventarisatie en analyse, conceptueel ontwerp en optimalisatie en uitvoering.

Toekomstvisie
In de fase van inventarisatie en analyse wordt gekeken naar de situatie in het verleden en heden en de toekomstige ambities van de onderneming. Is de locatie momenteel optimaal ingericht? Ervaring in diverse takken van de voedingsmiddelenindustrie leert dat bedrijven zich vaak historisch hebben ontwikkeld tot een minder logische samenhang van ruimten, die qua inrichting verouderd zijn. Het destijdse functionele ontwerp sluit niet meer aan bij de huidige eisen aan ruimten.

Zijn er uitbreidingen en veranderingen van processen, producten en dergelijke gepland? Veel ondernemingen verbreden hun services. In plaats van één type product wordt een range producten gekoeld met ieder hun specifieke productvoorwaarden. Werden locaties in het verleden alleen voor opslag ontworpen, vaak is er productbewerking aan toegevoegd. Ook fluctuaties in verwerking en opslag van hoeveelheden product en daarbij komende fluctuaties in de koelvraag moeten worden opgevangen. Dit alles vraagt om een hogere flexibiliteit in koelvermogen.

Milieuvriendelijk
Wat is de visie rond duurzaamheid? Een vraagstuk dat steeds vaker speelt en voornamelijk een afweging is tussen investering, omgeving en milieueffecten. Wil een bedrijf koste wat het kost een milieuvriendelijke installatie, dan dient het vrijwel altijd voor natuurlijke koudemiddelen te kiezen, wat hogere kosten en de potentiële risico’s met zich meebrengt.

Om uiteindelijk antwoord te krijgen op de vraag hoe de situatie logistiek en energetisch is te optimaliseren, wordt onder andere een inventarisatie gemaakt van de warmte- en koudevraag, warmtebronnen en de samenhang tussen diverse processen en logistiek binnen een (productie)locatie.

Conceptfase
Volgend op de inventarisatie komt de conceptfase, waarbij de focus ligt op specifieke en productgerelateerde eisen. Zo zullen voor de opslag van fruit andere criteria gelden dan voor de rijping van kaas. Keuzes moeten worden gemaakt met betrekking tot koudemiddel, type koelcyclus en componenten. Met name bij bestaande installaties is de keuze van de juiste componenten van belang om niet alleen een efficiënt systeem op te zetten, maar ook de huidige koel- en/of vriescondities te handhaven dan wel te verbeteren.

De beschikbare ruimte voor het plaatsen van nieuwe componenten kan de mogelijkheden enorm beperken. Zo wordt de keuze van nieuw te plaatsen koelers beperkt door de maximaal toelaatbare inbouwhoogte en bij het inrichten van de machinekamer is meestal weinig ‘reserve’ruimte voor de ombouw naar een nieuw koelsysteem. Een pompsysteem bijvoorbeeld vergt meer hoogte in de machinekamer dan het veelal toegepaste directe expansiesysteem.

Vervangen of behouden?
Veel ondernemingen willen de bestaande installatie (gedeeltelijk) behouden. De benodigde aanpassingen hebben een negatieve invloed op de efficiëntie en koelcapaciteit van de huidige installatie. Bezit de installatie een overcapaciteit aan koeling, dan zal behoud van een groot deel van de componenten zeker mogelijk zijn.

In de meeste gevallen is het bij ombouw van een installatie echter alleen mogelijk om over te stappen op HFK’s. Dit zijn fluorhoudende koudemiddelen die weliswaar geen negatief effect hebben op de ozonlaag, maar wel een hoge GWP-waarde (broeikaseffect) hebben. In enkele Scandinavische landen heeft dit al geleid tot een ecotax en in de voertuigsector worden er maxima gesteld aan de GWP-waarde. De randvoorwaarden voor de toepassing van HFK’s blijven dus spannend.

Als een bedrijf kiest voor natuurlijke koudemiddelen, waaronder CO2, ammoniak of propaan, dan zal de investering hoger liggen maar vaak is wel gebruik te maken van subsidiemogelijkheden. Natuurlijke koudemiddelen zijn op lange termijn een goede oplossing, niet alleen milieutechnisch, maar ook economisch vanwege een significant lager energieverbuik.

Verbetering en besparing
Aandachtspunten binnen vrijwel elk verwerkings- of opslagbedrijf zijn kwaliteit, hygiëne en veiligheid. In de vleesverwerkingsindustrie zijn bewaarcondities als homogeniteit in temperatuur en luchtverdeling van belang voor een constante productkwaliteit.

Door een ‘over’capaciteit aan koeling in iedere ruimte te installeren, is een homogenere luchtverdeling te bereiken. Het resulteert ook in een geringer temperatuurverschil, met als gevolg een efficiënter systeem en gereduceerde indroogverliezen van het vlees. Overcapaciteit biedt daarnaast betere mogelijkheden tot intermitterend ontdooien, tevens met een gereduceerd energieverbruik als resultaat.

Als gevolg van groei, bestaat de koeling vaak uit verschillende systemen met een lage overall efficiëntie. Daarom is bij diverse bedrijven gekozen voor het centraliseren van het koelvermogen door installatie van één centraal pompsysteem, waarmee de volgende verbeteringen zijn bereikt:

  • warmteterugwinningsmogelijkheid, waardoor tot 20-30% op het gasverbruik ten behoeve van warm water is te besparen;
  • flexibel in te zetten koeling;
  • mogelijkheid om toekomstige installaties aan te sluiten op het centrale systeem, met als gevolg een relatief lage investering voor deze installaties.

Bij veiligheid van de koelinstallatie spelen aspecten als risico’s voor het product, de werknemers en de omgeving een rol. Aanpassen of vervangen van de installatie heeft invloed op de HACCP-richtlijnen. Belangrijk is te weten welke gevaren er dreigen voor werknemers en de omgeving in geval van calamiteiten. De risico’s worden beïnvloed door de keuze van het koudemiddel en de koelcyclus.

Pompsysteem
Wanneer een bedrijf kiest voor een pompsysteem, moet het rekening houden met een groot volume aan koudemiddel. Tevens is er de keuze voor een direct of indirect systeem. Bij indirecte systemen worden de risico’s voor product en werknemers aanzienlijk verlaagd, vanwege het feit dat het koudemiddel niet direct door de te koelen ruimtes wordt geleid.

Synthetische koudemiddelen hebben als voornaamste nadeel negatieve milieueffecten, terwijl ammoniak zeer toxisch is en CO2 een verstikkend effect heeft. Verschillende negatieve effecten moeten dus tegen elkaar worden afgewogen.

Uitvoering
Bij de uitvoering van het uitfaseringstraject is het zaak de productie en andere processen zo min mogelijk te hinderen en verlies aan productiecapaciteit zo laag mogelijk te houden. Anderzijds dienen de kosten voor ombouw/vervanging niet torenhoog te worden. Ook moet er aandacht zijn voor beperking van de productrisico’s ten tijde van de uitvoering.

Duurzaamheid
In de conceptfase streeft Royal Haskoning naar de meest duurzame oplossingen. Dit houdt in een optimale balans tussen energieverbruik, kosten en risico’s voor de omgeving. Om het energieverbruik te reduceren wordt gekeken naar het integreren van besparingsopties in het ontwerp, van het toepassen van EC-motoren tot restwarmtebenutting. Ook door optimalisatie van de logistiek zijn besparingen te realiseren, bijvoorbeeld door aanpassing van de routing van het product.

Besparingen in energieverbruik zijn haalbaar door het slim op elkaar afstemmen van de warmte- en koudevraag en het beperken van warmtebronnen. Dit kan bijvoorbeeld door toepassing van warmteterugwinning, eventueel met een buffer indien warmte- en koudevraag niet synchroon lopen. Het beperken van warmtebronnen en zo de koudevraag kan door het wegnemen van de bron zelf of het reduceren van de afgegeven warmte. Een simpel voorbeeld is het vervangen van tl-lampen door LED-verlichting.

Vanuit duurzaamheid bezien zijn natuurlijke koudemiddelen een goede oplossing voor de toekomst. Bij het toepassen ervan worden wel telkens economische, technische, milieu- en risico-aspecten meegenomen.

Reageer op dit artikel