TECHNIEK
Cool and Comfort 78 – september 2018

Handleiding voor de optimalisering van koelinstallaties (deel 3)

Wat kost het, en wat kan het opbrengen?

De VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau) is de Duitse federatie van de technologische industrie. Ze groepeert ongeveer 3.200 bedrijven uit diverse sectoren, waaronder HVAC. De vereniging publiceert onder meer een aantal handleidingen over energiegerelateerde onderwerpen. In drie delen brengen we in Cool & Comfort een artikel dat is gebaseerd op een infobrochure voor het energiezuinig gebruiken van koelinstallaties. In deel 3 brengen we maatregel 5, 6 en 7.

Maatregel 5: optimalisering van de ventilatorsturing

De ventilatoren van de condensor of drycooler zijn goed voor 8 tot 15% van het totale stroomverbruik van de installatie. In deellast kan dat zelfs oplopen tot 50%. Zo laag mogelijke temperaturen in deze onderdelen zijn erg belangrijk voor een efficiënte werking. Een daling van de temperatuur in de condensor of drycooler met 1 K leidt tot een energiebesparing met 2 tot 5%.

Meertrapsregelingen van de ventilatoren in deze componenten moeten vervangen worden door traploze regelingen.

Streven naar lage temperaturen in de condensor of drycooler

Zorg ervoor dat elke condensor of drycooler koele lucht kan aanzuigen. Ideaal gezien zou de warmtewisselaar zich op een meter boven de grond moeten bevinden. Bovendien mag er geen lucht worden aangezogen die al door een andere warmtewisselaar is opgewarmd (kortsluiting). Is dat het geval, ga na of een afscherming door scheidingsplaten of een verplaatsing van het toestel uitkomst biedt.

Bij de instelling van de drukregeling van de condensor moet men erop letten dat de laagst mogelijke condensortemperatuur gekozen is. Dat is afhankelijk van de configuratie van de koelinstallatie.

Gebruik maken van EC-motoren

Bij de vervanging van ventilatoren, kiest men best voor de hoogste energie-efficiëntieklasse (IE3).

EC-ventilatoren (electronically commutated) hebben zich in de praktijk bewezen. Ze zijn energiezuinig en bijzonder nauwkeurig regelbaar. Door de geïntegreerde sturingselektronica kan het toerental haarfijn aan de behoefte worden aangepast.

Ook in deellast halen ze een goed rendement. Voor gelijke vermogens, verbruiken ze duidelijk minder dan AC-aandrijvingen.

Het is dus te overwegen om bij moderniseringen steeds de mogelijkheid van een variant met EC-motoren te overwegen.

Maatregel 6: regeling van comfortkoeling

Bij comfortkoeling zijn verschillende vakgebieden betrokken. Architectuur, verwarming, ventilatie, en belichting en beschaduwing beïnvloeden de koelbehoefte en de dimensionering van de installatie. Bij een optimalisering van de koelinstallatie moet men bijzonder letten op de regeling (GBS).

Optimalisering van de instelwaarde en inschakeling van de comfortkoeling.

Te lage instelwaarden voor de kamertemperatuur leiden tot onnodig koelen. De ideale instelwaarde in koelbedrijf hangt af van de concrete omgevingsfactoren en gebruik. Het is hier zinvol om de systematisch de optimale instelwaarde te benaderen.

Dit kan als volgt gebeuren: verhoog systematisch de instelwaarde in de gevoelige periode (bijvoorbeeld in de zomer of bij hoge koellast) met kleine stappen, bijvoorbeeld 0,5°C; registreer het temperatuurverloop van gevoelige ruimtes (serverruimtes, zuidgerichte kantoren...) gedurende enkele dagen; verhoog de insteltemperatuur nogmaals, uiteraard met respect voor de comfortgrenzen. In technische ruimtes, zoals serverlokalen geldt daarvoor de maximaal toelaatbare temperatuur.

Het kan bij deze procedure uiteraard nodig blijken dat de insteltemperatuur weer enkele stappen verlaagd moet worden.

Omschakelpunt passieve koeling bepalen

Met behulp van de bovenstaande methode kan men ook het optimale omschakelpunt tussen passieve koeling en mechanische koeling bepalen. De buitentemperatuur moet daarbij zo hoog mogelijk zijn.

Gelijktijdig verwarmen en koelen?

In dezelfde ruimte mag niet tegelijk verwarmd en gekoeld worden. Ook snel omschakelen tussen verwarmings- en koelmodus (pendelen) moet vermeden worden.

Wanneer sommige ruimtes warmte nodig hebben, terwijl andere ruimtes gekoeld moeten worden, moet men nagaan of een intern warmtetransport binnen het gebouw nodig is.

Instelwaarden voor ijswater bepalen

Bij hoge buitentemperaturen en/of grote luchtvochtigheid moet meer gekoeld worden. In functie van het koelsysteem (koelplafond, koelbatterij...) moet dan de temperatuur van het ijswater verlaagd worden. Bij lagere buitentemperaturen en/of luchtvochtigheid kan men die aanvoertemperatuur weer laten stijgen. Een glijdende instelwaarde maakt het mogelijk dat de koelmachine met hogere ijswatertemperaturen werkt, wat het verbruik ten goede komt.

Instelwaarde verschuiven in functie van de buitentemperatuur

De koellijn van de regelaar moet zo ingesteld worden voor zomer- en winterbedrijf dat telkens de juiste ijswatertemperatuur gekozen wordt in functie van het afgiftesysteem (koelplafond, stralingspanelen, betonkernactivering....)

Passieve koeling

Passieve koeling is koeling zonder de compressor in te schakelen

Indirecte systemen

Het koelwater wordt door de buitenlucht afgekoeld in een drycooler. Bij lage buitentemperaturen is het koelwater dan koud genoeg dat de warmte via een tussengeschakelde warmtewisselaar naar buiten kan worden afgevoerd. De compressor blijft daarbij buiten werking.

Als een alternatief voor koelinstallaties op ammoniak kan men de natte verdamper en de luchtgekoelde condensor (of verdampingscondensor) verbinden via een bypass van de compressor, om de warmte van het ijswatercircuit naar buiten af te voeren.

Directe systemen

Tijdens de nacht wordt de koude buitenlucht direct in de ruimte gebracht (via de ventilatie of open vensters). Als het gebouw genoeg thermische inertie heeft, kan hierdoor de koelbehoefte overdag worden verminderd.

Belangrijk

Warm water bijmengen in het ijswatercircuit (bijvoorbeeld om de ijswatertemperatuur van 6°C op 8°C te brengen) is energetisch gesproken niet zinvol en dus te vermijden. Het is beter de insteltemperatuur van het ijswatercircuit op 8°C te zetten en indien mogelijk met toerentalgeregelde pompen in het ijswatercircuit te werken.

Maatregel 7: expansieventiel juist instellen

Doorgaans wordt het expansieventiel met de ongewijzigde fabrieksinstellingen ingebouwd, zonder het dus aan de specifieke eigenschappen van de installatie aan te passen. Het is echter waarschijnlijk dat er in de fabrieksinstellingen een zekere veiligheidsmarge voor oververhitting is ingebouwd. Dat wil zeggen dat het ventiel gedimensioneerd is op een te hoge oververhittingstemperatuur en niet op de optimale waarde voor de installatie. Het is dus voor een vakman de moeite waard om de correcte instelwaarden te berekenen.

Elektronisch expansieventiel

Met een elektronisch expansieventiel kan men de oververhittingsregeling eenvoudig en accuraat instellen. De koeltechnieker moet hier de juiste oververhittingsverhouding bepalen. Bij een verdamper moet men daarbij de luchttoevoerttemperatuur tL1, de verdampingstemperatuur to en de koelmiddeltemperatuur aan de uitgang van de verdamper toh bepalen. Men streeft daarbij naar een oververhittingsverhouding van 0,65. Dat wordt berekend door de oververhitting aan de uitgang van de verdamper, gedeeld door het verschil met de luchttoevoertemperatuur.

Oververhittingsverhouding = (toh-to)/(tL1-to)

Gebruik alleen elektronische expansieventielen waarmee de oververhitting in functie van de belasting kan worden aangepast.

Deze maatregelen, indien vakkundig uitgevoerd, kunnen zich al binnen een jaar terugverdienen.

Thermostatisch expansieventiel

Het instellen van een thermostatisch expansieventiel is erg tijdrovend, maar blijft de moeite waard. De koeltechnieker moet na elke wijziging immers ongeveer een kwartier wachten tot de cyclus weer gestabiliseerd is.

Deze maatregelen, indien vakkundig uitgevoerd, kunnen zich binnen twee tot drie jaren terugverdienen.

Investeringsstip: thermostatische expansieventielen vervangen door elektronische.

Door thermostatische ventielen te vervangen door elektronische kan de koelinstallatie met lagere condensortemperaturen werken. Indien deze ingreep vakkundig wordt uitgevoerd, kan die zich al binnen enkele maanden terugverdienen.

Belangrijk

Om te werken met zo laag mogelijke condensortemperaturen (bijvoorbeeld tot 15°C), volstaat een thermostatisch expansieventiel niet meer. Hiervoor is een elektronisch expansieventiel noodzakelijk. Alleen zo kan men gebruik maken van de energetische voordelen en het lagere verbruik van een werking met lagere condensortemperaturen.

Temperatuurverschillen met warmtewisselaars

Temperatuurverschillen in het koelmiddelcircuit en de aandrijfenergie van accessoires beïnvloeden de bedrijfskosten.

Warmte-opname (koudeproductie)

De constructie van de verdamper en de manier van regelen bepalen de temperatuurverschillen (zie schema).

Bij indirecte systemen (luchtkoeling via een warmtetransportmedium) zijn er bijkomende temperatuurverschillen nodig voor het warmtetransport via het medium en voor de warmte-afgifte via de platen- of buiswarmtewisselaar. Daardoor vergroot het temperatuursverschil tussen de verdampingstemperatuur en de gebruikstemperatuur. De som van al die temperatuurverschillen moet echter zo klein mogelijk zijn.

Aandrijfenergie voor ventilatoren en pompen beïnvloedt ook de werkingskosten. Indien mogelijk moeten deze onderdelen dus vraaggestuurd werken.

Warmte-afgifte

De condensortemperatuur is de belangrijkste parameter voor de werkingskosten. Het temperatuurverschil met de heat sink moet zo klein mogelijk zijn. Bij luchtgekoelde condensoren is een verschil van 8 K tussen condenstemperatuur en luchttoevoertemperatuur na te streven. Bij watergekoelde condensoren mikt men op een verschil van 1-2 K tussen condenstemperatuur en de uitlaattemperatuur van het water.

Bij besproeide buisvincondensoren of verdampingscondensoren streeft men naar een temperatuurverschil van 6-8 K tussen de condenstemperatuur en de natteboltemperatuur. Als de condenswarmte wordt afgevoerd via een warmtemedium, moeten er nog extra temperatuurverschillen gecreëerd worden voor de werking van de drycoolers. Dat vereist ook extra aandrijfenergie voor de secundaire systemen. Criteria daarvoor zijn te vinden in VDMA 24247-2.

Door Dr. Karin Jahn (VDMA)