Duurzaam koelen. Kan dat? | Minimaal verschil, grote winst

koelkast

Het is geen hogere wiskunde om te stellen dat goed koelen belangrijk is voor de houdbaarheid van voeding. Maar koelen en koelvloeistoffen hebben nou niet bepaald het etiket ‘duurzaam.’ Aan de andere kant is de behoefte aan koeling ook voor de vaccindistributie nog eens extra groot geworden. Een dilemma?

Op het gebied van duurzaamheid zijn de ontwikkelingen in ieder geval voortdurend in beweging. Waarbij energie­verbruik prioriteit nummer 1 is. Iedere procent winst levert een enorme besparing op. Welke factoren spelen daar eigenlijk allemaal een rol bij? En welke rol spelen sensoren in deze hightech-systemen? We vroegen het een hightech­bedrijf, dat zich volledig heeft gespecialiseerd in het testen van koelingen: Re/genT in Helmond. Johan Wijnstekers is een van de vier eigenaren van het bedrijf en verantwoordelijk voor de productie­afdeling van testsystemen. Hij geeft ons een rondleiding en vertelt over de manieren hoe koelsystemen zuiniger worden gemaakt.

‘Iedere procent winst is in de praktijk al heel veel’

“Mijn afdeling is binnen ons bedrijf gespecialiseerd in het ontwikkelen van testsystemen voor koeling en warmtepompen. En dat in hele brede zin. We voeren ook hier in huis testen uit volgens standaarden en we hebben een afdeling research en development die zich bezighoudt met productontwikkeling en software­ontwikkeling.” De naam Re/genT blijkt opgebouwd uit Refrigeration related to the Global Environment and Technology.

Onder het kopje koeling vallen in dit geval apparaten voor de commerciële en retailtoepassingen, medische koelers en voor de huishoud­apparatuur de koel- en vriesapparaten, airco’s en warmtepompen. De testsystemen die hier worden ontwikkeld, worden aan producenten van deze apparatuur, en de onderdelen daarvan, geleverd. Het koelmiddel dat toegepast wordt is voor deze apparaten een van de belangrijkste factoren als het gaat om duurzaamheid.

 Een koelkast in de klimaatkamer (zie kopfoto)

Koudemiddel

Johan legt uit dat bij het ontwikkelen van koelingen het koude­middel van groot belang is voor de effectiviteit van de koeling, maar minstens zo belangrijk voor de milieubelasting. “Koudemiddelen zorgen in koelinstallaties of warmtepompen voor het transport van de warmte. Bij koudemiddelen wordt onderscheid gemaakt tussen natuurlijke koudemiddelen en synthetische koudemiddelen.”

We weten allemaal nog wel dat ‘vroeger’ de koelkasten voor problemen zorgden met onze ozonlaag. Cfk’s en later HCFk’s waren de boosdoeners en zorgden voor een flink gat. Door uitbanning van deze koudemiddelen is dit gat nu langzaam aan het herstellen. Voor de geïnteresseerden onder ons: op de website van het KNMI staat een uitleg over de achtergronden van dat feit.

Deze (H)Cfk’s zijn vervangen door andere koudemiddelen. Maar, zoals ook hier, ieder voordeel heeft zijn nadeel. Want die koudemiddelen, de HFk’s, ontberen dan wel het schadelijk chloordeel, ze dragen weer bij aan de opwarming van de aarde. Johan: “Zoals je bij de (H)Cfk’s sprak van een ODP, Ozon Depletian Potential, spreken we bij deze koudemiddelen van een GWP, een Global Warming Potential. Het is een relatieve maat die het opwarmingsvermogen van broeikasgassen aangeeft vergeleken met dat van CO2.”

Natuurlijk

CO2 mag dan vrij in de lucht minder gewenst zijn, maar als koudemiddel kan het een hele andere rol vervullen. “Idealer zijn de natuurlijke koudemiddelen. Die hebben een veel lager broeikaseffect bij lekkage. Een ideaal natuurlijk koudemiddel, in de zin van GWP, is CO2. Dat heeft een GWP van 1, terwijl het broeikaseffect van HFK’s 124 tot zelfs 22.800 maal groter is. Wat dat betreft een ideaal koudemiddel dus, maar met andere nadelen voor diverse soorten koelsystemen, zoals de extreem hoge druk en lagere efficiency.”

‘De kosten zullen dalen, maar er is nog veel kennis nodig om de systemen verder te optimaliseren’

“Andere natuurlijke koudemiddelen zoals Isobutaan of Propaan hebben zo weer hun eigen nadeel: ze zijn brandbaar. In Amerika wilde men lange tijd niet werken met brandbare koudemiddelen, dus daar is veel geprobeerd om met CO2 te werken. Nu wordt ook daar overgestapt op brandbare koude­middelen voor bijvoorbeeld huishoud-koelkasten en kleine retail-koelmeubelen. Deze overstap van HFK’s naar HK’s vereist weer zeer veel ontwikkelwerk, en niet alleen op het gebied van veiligheid.”

Zoals gezegd, prioriteit nummer één is het energieverbruik. “Het gebruikte koudemiddel speelt daarin een relatief kleine rol. Ook hier wordt een waarde voor gebruikt, die aangeeft wat het energieverbruik en de invloed van het gebruikte koudemiddel zijn. Dat is de TEWI-waarde: Total Equivalent Warming Impact. Voor het energieverbruik zijn onder andere de compressor, de isolatie en de warmteoverdracht van belang.”

Allemaal vervullen ze hun eigen rol: de compressor onttrekt warmte aan de kast, de isolatie kan in verschillende diktes en types worden toegepast, en een goede warmteoverdracht zorgt voor een zo klein mogelijk temperatuur/druk­verschil tussen de koude en warme kant van het koelsysteem, waardoor het energieverbruik van de compressor omlaaggaat. “Afhankelijk van de toepassing van de koeling zijn er verschillende manieren om hier creatieve oplossingen voor in te richten.”

Een kijkglas in de calorimeter

“We zijn als bedrijf ook betrokken bij het ontwikkelen en verifiëren van nieuwe teststandaarden en energielabels. Voor huishoud­koelkasten is er tegenwoordig bijvoorbeeld een nieuwe wereldwijde teststandaard. Ook bij het testen van koelkasten komen soms eigen versies van ‘de dieselgate’ aan het licht, waarbij duidelijk is dat een koelkast zich anders gedraagt onder standaard testcondities dan in dagelijks gebruik. Voorheen werd getest bij een omgevings­temperatuur van 25 °C. Tegenwoordig testen we op twee verschillende temperaturen, bij 16 °C en bij 32 °C. Je kunt je voorstellen dat je dan een reëlere uitkomst krijgt van het energieverbruik. En waar we voorheen wereldwijd verschillende standaarden kenden, is er nu één, die wereldwijd wordt gebruikt. En die testen zijn volgens IEC-normen ingericht.”

De testen

Tijdens de rondleiding zien we ook het test- en meetlaboratorium waar de modernste onderzoeken én ontwikkelingen worden uitgevoerd. “We beschikken over verschillende temperatuur- en vochtigheid gecontroleerde klimaatkamers, in totaal maar liefst dertien stuks. Sommige zijn bedoeld voor één enkele koelkast en andere kunnen heel groot zijn. We hebben ook allerlei testopstellingen, en bouwen opstellingen en systemen die bij producenten worden ingezet. We hebben compressor-calorimeters, testbanken voor warmtewisselaars, verdampers, condensors en secundaire vloeistoffen, we hebben een warmtepomptestbank voor lucht-luchtsystemen en een airconditionertestruimte voor draagbare airconditioners. En bij al die apparatuur is nauwkeurigheid echt heel erg belangrijk.”

‘Onder andere de compressor, de isolatie en de warmteoverdracht zijn van belang’

We zien een koelkastanalysator die kan bepalen bij welke hoeveelheid koudemiddel en diverse andere variabelen de optimale efficiëntie wordt behaald. En we lopen langs wanden vol testunits waar onder verschillende omstandigheden duurtesten worden uitgevoerd.

“Wat dus belangrijk is voor de verschillende componenten die we toepassen is de hoge nauwkeurigheid en de reproduceerbaarheid van de resultaten. Een van onze klanten, Bosch, vroeg ons zo’n tien jaar geleden specifiek om de sensoren van Keller toe te passen, en zo daar zijn we heel blij mee. Het is voor ons heel belangrijk dat de sensoren een digitale communicatie bieden. We hebben destijds zelf de software geschreven om de waardes uit te kunnen lezen en weer te kunnen geven in onze machines, die werken met Labview.”

Een testopstelling

Ontwikkelingen

Om het energieverbruik steeds verder omlaag te brengen zijn er verschillende componenten waar de ontwikkelingen echt een verschil maken. Wijnstekers noemde al de compressor. “Die compressor wordt steeds zuiniger. Door de tegenwoordig veelgebruikte compressor met variabele snelheid kan het koelsysteem als geheel ook veel efficiënter worden. Dit omdat met het variëren van de snelheid uiteindelijk het drukverschil over de compressor zo laag mogelijk blijft, waardoor het rendement van de compressor het hoogste is.”

Ook de elektromotoren die de compressor aandrijven, worden steeds zuiniger. De nieuwe borstelloze gelijkstroom­motoren, die worden toegepast in compressoren met variabele snelheid, hebben veel minder verlies dan de asynchrone motoren.

“We hebben hier in huis veel meet- en regeltechniek tot onze beschikking om te kunnen onderzoeken hoe een compressor en de elektronica daarvan nog verder vallen te optimaliseren - zowel qua geluid als qua energie. Iedere procent winst is al heel veel, dus is het belangrijk om heel nauwkeurig te kunnen meten en testen. Bijvoorbeeld als een ventilator iets harder blaast, wordt de warmtewisseling beter. Maar harder blazen kost meer energie, dus wat het optimum is, dat luistert heel nauw.”

Ook de isolatie is een onderdeel waar winst op te behalen valt. “Die isolatie kun je natuurlijk gewoon dikker maken, maar je kunt ook op een andere manier isoleren. Bijvoorbeeld met vacuüm­panelen. Of je past een ander type schuim toe. Zowel met het materiaal van het schuim als het gas waarmee het materiaal opgeschuimd wordt, kun je variëren. Dat gebeurde vroeger overigens ook met HFk’s, en nu met natuurlijke gassen.”

En voor wat betreft de warmteoverdracht, “je krijgt een beter rendement als het temperatuur­verschil tussen de lucht en de verdamper of conden­sator zo klein mogelijk is. Dus ook daar proberen we voortdurend het optimum verder aan te scherpen.”

Jan Wijnstekers bij de calorimeter

De toekomst

Wijnstekers verwacht dat de opkomst van de warmtepompen flink zal doorzetten. “De kosten zullen dalen, maar er is nog veel kennis nodig om de systemen verder te optimaliseren. Daar werken wij hard aan. Op het gebied van de koeling denk ik dat er steeds meer gebruik zal worden gemaakt van natuurlijke koudemiddelen. In alle huishoudkoelkasten in Europa zit al het natuurlijke koudemiddel Isobutaan, maar in andere koelsystemen en warmtepompen is dit nog volop in ontwikkeling. Ook voor commerciële en retail-­koelmeubelen, bestaat nu een energielabel, dat naar verwachting op termijn zal leiden tot enorme energiebesparingen. Er is een were­ld te winnen op het gebied van energiebesparing, puur en alleen al door optimalisatie.”

Bottle cooler

Een mooi project, gesubsidieerd door de EU, waar een grote energiebesparing gerealiseerd werd, is een zogenaamde bottle cooler.

Door gebruik te maken van koudeopslag in een zogenaamd phase change material’ - in dit geval simpelweg ijs, dat zeer veel warmte opneemt tijdens het ontdooien - en daardoor hoge piekbelastingen aan te kunnen, kon gebruik worden gemaakt van een compressor met hele lage capaciteit.

Hierdoor kon een zeer efficiënt koelsysteem worden gerealiseerd met een uitstekende warmteoverdracht en dus zeer kleine drukverschillen over de compressor. Samen met allerlei andere aanpassingen, zoals verbeterde isolatie en deur, werd een reductie in energiegebruik van maar liefst 75% gerealiseerd.

Meer over
Lees ook
Nieuwe koelcontainers Chiquita houden bananen langer vers

Nieuwe koelcontainers Chiquita houden bananen langer vers

Chiquita investeert in nieuwe koelcontainers met CA-technologie om ervoor te zorgen dat bananen tot 45 dagen lang getransporteerd kunnen worden, zonder overrijp te worden of aan kwaliteit in te boeten. Hierdoor bereiken ze hun bestemming in optimale conditie en zijn ze uiteindelijk langer houdbaar. Koelcontainers Chiquita Consumenten vinden goede kwaliteit...

Permachill verlengt houdbaarheid agf

Top BV heeft een nieuwe koeltechniek ontwikkeld waardoor aardappelen, groenten en fruit langer goed blijven dan bij conventionele methoden. De Permachill-techniek zorgt voor een hogere productkwaliteit en minder derving. Het Wageningse voedselinnovatiebedrijf komt met Permachill waarmee op een stabiele manier overal in een koelruimte dezelfde optimale temperatuur van net boven nul graden Celsius bereikt kan worden. “Conventionele technieken koelen op een temperatuur van 4 tot 7 graden via luchtkoeling”, stelt Top. De luchtaanvoer zorgt hierbij voor temperatuurfluctuaties die volgens het bedrijf...