106e JAARGANG SEPTEMBER 2013
ORGAAN VAN DE KONINKLIJKE NEDERLANDSE VERENIGING VOOR KOUDE - KNVvK
W
W
RCCK&L REFRIGERATION & CLIMATE CONTROL | KOUDE & LUCHTBEHANDELING
Thema Onderhoud luchtkanalen en koelsystemen Ook in dit nummer
Magnetische koeling Installatie Vakbeurs Hardenberg
IN M FO E RM ER NL UC AT HT I BE HA E?
W .KO UD EE
ND
EL
IN
G.N
L
KOELING Koude & luchtbehandeling RCC
Tekst: ing. Menno van der Hoff en mw. Gertie Arts
Adiabatische koeling: van vooroordeel naar voordeel Adiabatische koeling, ook wel verdampingskoeling genoemd, is een effectief koelconcept, gebaseerd op het koelen van lucht door het laten verdampen van water. De energie die nodig is voor het verdampen, wordt onttrokken aan de lucht. De lucht koelt daardoor af. Dit eeuwenoude principe komt in de natuur veelvuldig voor en ook van toepassingen door de mens zijn al in de oudheid voorbeelden te vinden. Omdat adiabatische koeling bijzonder energiezuinig is, geen koudemiddel gebruikt en een comfortabel werkklimaat als resultaat heeft, staat deze techniek de laatste jaren weer volop in de belangstelling.
W
e onderscheiden twee methoden van adiabatische koeling: de indirecte adiabatische koeling en de directe adiabatische koeling. Voor beide soorten geldt dat de lucht gekoeld wordt door het verdampen van water. Vuistregel is hierbij dat het verdampen van 1 liter water 0,7 kW verkoeling levert. Verdampingskoeling werkt steeds efficiënter bij toename van de buitentemperatuur. Boven de 30°C kan de lucht 10°C of meer afkoelen hetgeen een zeer effectief koelresultaat oplevert. Zeer hete bedrijfsomstandigheden leiden tot nog betere resultaten. De enige beperking is het vochtgehalte in de lucht.
Indirecte adiabatische koeling Bij indirecte systemen komt de door verdamping gekoelde lucht zelf niet in de ruimte, maar de koude wordt via een wisselaar overgebracht op een andere luchtstroom. Voor deze wat complexe methode wordt gekozen indien de uiteindelijke relatieve vochtigheid van een ruimte kritisch is en de luchtvochtigheid ook niet mag toenemen. Indirecte adiabatische systemen kennen een primair te koelen toevoerlucht en een tweede, secundair bevochtigde proceslucht. Buitenlucht wordt via een warmtewisselaar de te koelen ruimte binnen gevoerd, een ander deel wordt als proceslucht bevochtigd,
weer door de warmtewisselaar gevoerd en afgevoerd naar buiten. Er is nooit sprake van 100% recirculatie omdat de secundaire proceslucht, die meestal deel uitmaakt van de primaire lucht, naar buiten moet worden afgevoerd. Gebruikelijk is dan dat tweederde deel van de primaire luchtstroom nuttig is aan te wenden voor de te koelen ruimte. Eenderde deel gaat weer als secundaire proceslucht naar buiten. De warmtewisselaar is over het algemeen op het dak of in een luchtbehandelingskast geplaatst. De vochtige lucht staat koude af via de warmtewisselaar. Zo kan de primaire lucht koude opnemen zonder zelf vochtig te worden. De koudeoverdracht gaat gepaard met verliezen en ook de dubbele luchtstromen kosten extra energie, door globaal 200 Pa drukverlies in elk van de luchtstromen in de wisselaar. Daarbij komt nog een energiegebruik voor de mechanische afvoerlucht uit de ruimte. Bij
indirecte adiabatische systemen is het wenselijk om het water voor te behandelen of te ontkalken om te voorkomen dat de warmtewisselaar intern snel verkalkt. Het voordeel van indirecte adiabatische koeling is dat een temperatuur nabij het dauwpunt van de lucht kan worden bereikt zonder dat de te koelen lucht vochtiger is geworden. Directe adiabatische koeling In vergelijking met de indirecte adiabatische koeling is een direct adiabatisch koelsysteem een stuk minder complex. De te koelen lucht (over het algemeen buitenlucht) wordt door een met water verzadigd pakket gezogen. Dit pakket is van een materiaal dat veel water kan bevatten zoals cellulose, hout of papier. Een circulatiepomp houdt het medium maximaal vochtig. Op het medium verdampt een deel van het water in de toevoerlucht. De luchtstroom wordt daardoor vochtiger en de temperatuur van de lucht daalt aanzienlijk. De luchtweerstand van het koelmedium is zeer gering, van minder dan 20 Pa tot vrijwel nihil, zodat de ventilator nauwelijks drukverlies ondervindt. Omdat alle lucht wordt gekoeld en er maar één luchtstroom in het principe actief is, kent een directe adiabatische koeling een minimaal energiegebruik (minder dan 1 kW
Dak van de bakkerij voorzien van de ”CoolStream” directe adiabatische koelsystemen.
106 e JAARGANG SEPTEMBER 2013
55
KOELING RCC Koude & luchtbehandeling
kunststofindustrie, expositie- en opslaghallen. Maar tevens is de directe techniek prima inzetbaar voor het langer vers houden van bepaalde soorten fruit en groente waarbij de temperatuur dicht bij de 0 graden gehouden wordt en de luchtvochtigheid nabij de 100%. De vochtbijdrage vormt hier een bijkomend voordeel. Een specifieke toepassing van directe adiabatische systemen in een binnenopstelling is het verhogen van de luchtvochtigheid in de ruimte. Vooral in de wintermaanden en het voorjaar is dit gunstig in bepaalde industriële branches. Ook in datacenters vindt zowel de indirecte als directe adiabatische koeling steeds meer toepassing. Toevoer kanalen met uitblaasroosters van de gekoelde lucht in de bakkerij.
om 10.000 m3/h te koelen). Alle gekoelde lucht wordt ook aangewend voor de te koelen ruimte. Het is doorgaans niet nodig om het water voor te behandelen of te ontkalken. Een toevoertemperatuur nabij de natteboltemperatuur kan worden bereikt. Een nadeel kan zijn dat de toevoerlucht vochtiger is geworden. Maar omdat de koele lucht in de ruimte al weer opwarmt, daalt de relatieve vochtigheid in de ruimte ook snel. Omdat de luchttoevoer voor 100% uit buitenlucht bestaat, blijft de luchtkwaliteit gehandhaafd. Door de toevoer van adiabatisch gekoelde lucht zal er ook een passende afvoer van lucht nodig zijn. De warme lucht wordt over het algemeen op hoog niveau door middel van natuurlijke ventilatoren afgevoerd. Wanneer dit door de omstandigheden niet mogelijk is, kan een mechanische ventilatie worden toegepast.
Toepassingsgebied Adiabatische koeling is bij uitstek geschikt voor het economisch en comfortabel klimatiseren en beheersen van de temperatuur, bij uitstek in grote of hoge ruimten en hallen. Bijvoorbeeld in de metaalindustrie, voedingsmiddelenindustrie,
56
SEPTEMBER 2013 106 e JAARGANG
Vooroordelen en voordelen Adiabatische koeling is niet nieuw. Over de hele wereld wordt het toegepast. In Nederland wordt de techniek echter nog relatief weinig gebruikt. Oorzaak hiervan zijn de (voor-)oordelen die de ronde doen. Vooroordelen 1. “Verdampingskoeling werkt niet in het Hollandse klimaat“ De ervaring bij uitgevoerde systemen in de praktijk leert het tegendeel. Dit is wellicht niet verrassend aangezien ook het rekenmodel een goede werking aantoont. Het rekenmodel werd op basis van Meteonorm ontwikkeld. Van een gebouw wordt een waarheidsgetrouwe prognose gegenereerd over de resultaten bij het toepassen van adiabatische koeling. Het resultaat wordt beïnvloed door het weer. Bij vochtig weer is het resultaat geringer. Hier staat tegenover dat hoe warmer het buiten is, hoe hoger het koeleffect (10K ∆ t en meer bij een hittegolf). Dit in tegenstelling tot een compressiekoelsysteem waar bij stijgende buitentemperaturen de prestaties teruglopen. 2. “Werken in een klamme omgeving is niet comfortabel“
Ook hierin leert de praktijk dat dit door de mensen op de werkvloer niet zo wordt ervaren. Ook metingen en toetsing aan de ISO 7730 norm, de norm voor behaaglijkheid op de werkvloer, tonen aan dat het comfort gehandhaafd blijft. 3. “Het effect is gering” Het effect is inderdaad geringer dan bij mechanische koeling bij gematigde omstandigheden. Over het algemeen is in die omstandigheden echter de behoefte ook minder. Bij zeer warme omstandigheden is het effect juist hoger. 4. “Het waterverbruik is enorm hoog” Het waterverbruik is 0,2 tot 0,6 m3 per unit per dag. Nederland heeft als voordeel dat er geen watertekort is. Water kost per m3 ca. 2 € (aankoop + lozing + rioolkosten etc.). De waterkosten zijn dus nog lager dan het al lage energiegebruik en daardoor van geringe invloed op de exploitatiekosten. 5. “Het is zo simpel, het kan niet werken” Door de eeuwen heen heeft de natuur ons de weg gewezen en ons oplossingen geboden die nagenoeg direct vertaald kunnen worden naar systemen waarmee we in een gebouw energie kunnen besparen. Zo laat de olifant ons een effectief staaltje van adiabatische koeling zien. Met zijn slurf zuigt hij tot wel 8 liter water op en spuit dit precies waar hij het hebben wil over zijn lichaam. Naast de directe koeling die dit oplevert, treedt een extra verkoelend effect op. Door de verdamping van het water op zijn huid, zakt de temperatuur namelijk. Simpel? Ja. Maar het toont tegelijkertijd ook aan dat met de inzet van de juiste middelen, hoe eenvoudig ook, een evenwichtige energie- en temperatuurhuishouding mogelijk zijn. Voordelen 1. Duurzaam Het systeem werkt energiezuinig: voor 10.000 m3 gekoelde lucht is
KOELING Koude & luchtbehandeling RCC
slechts 1 kW elektrisch vermogen nodig bij de directe methode. Wordt adiabatische koeling toegepast in een natuurlijk ventilatieconcept dan kan het te installeren vermogen nog verder naar beneden om toch het zelfde resultaat te bereiken. 2. Geen koudemiddel In plaats van koudemiddel wordt gewoon leidingwater gebruikt. 3. Schone lucht Er wordt altijd met verse (schone) buitenlucht gekoeld. Dit biedt een prettig binnenklimaat. 4. Eenvoud Het is een relatief eenvoudige techniek en heeft daardoor een hoge betrouwbaarheid in het functioneren, weinig onderdelen en is gemakkelijk te onderhouden. 5. Financieel voordeel De Nederlandse overheid erkent adiabatische koeling als een duurzame techniek en heeft deze toegevoegd aan de EIA-lijst (Energie Investerings Aftrek). Wie investeert in adiabatische koeling kan vanaf 2013 gebruik maken van de EIA-regeling. In deze regeling mag men 41,5% van de investeringskosten extra aftrekken van de fiscale winst. Afhankelijk van het belastingpercentage krijgt men uiteindelijk ca. 10% van de investering terug.
Adiabatische koeling en legionella Wetende dat legionella wordt overgebracht door het inademen van waterdamp dat de bacterie bevat, rijst de vraag of koeling gebaseerd op de verdamping van water veilig is. Het antwoord op die vraag is: ja, maar het is wel belangrijk te begrijpen hoe risico’s voorkomen kunnen worden. Zoals iedere op water gebaseerde technologie is het ook voor adiabatische koeling noodzakelijk de juiste voorzorgsmaatregelen te nemen en zeer zeker ook te zorgen voor een goed onderhoudsprogramma. De
belangrijkste risico’s zijn water gerelateerd ofwel lucht gerelateerd. Water gerelateerd Legionella vermenigvuldigt zich bij temperaturen van tussen de 25o en 50oC. Water is hiermee een belangrijke factor in de controle over de groei van legionella in een systeem. De hoeveelheid bacterie in het watersysteem minimaliseren is de eerste stap in het onder controle houden van het risico op infecties. De waterkwaliteit en temperatuur is van cruciaal belang en moet dan ook goed gemeten, naar behoefte ververst en bewaakt worden met een doeltreffende regeling. Het koelsysteem moet zo ontworpen zijn dat de watertemperatuur onder de 20oC blijft en het moet veiligheidsmechanismen in werking stellen op het moment dat de watertemperatuur boven de 25oC komt. Om regelmatig onderhoud uit te voeren, moet het systeem zo ontworpen zijn dat inspectie eenvoudig uitgevoerd kan worden. Wanneer normaal leidingwater gebruikt wordt en bovendien het systeem dagelijks een grondige droogcyclus verplicht uitvoert dat alle legionellabacteriën doodt en het waterleidingwerk naar de toestellen bij stilstand periodiek automatisch doorspoelt is de kans op besmetting al vrijwel uitgesloten. Lucht gerelateerd Dit betreft het risico om de legionellabacterie in te ademen als het koelsysteem water bevat dat de bacterie draagt. Dit kan op drie manieren voorkomen worden. Allereerst door het systeem zo te ontwerpen dat het enkel macrodruppels produceert die groter dan 5µm zijn middels verstuiving. Een riskante manier aangezien er ook altijd microdruppels gecreëerd zullen worden. Een tweede manier is door de vorming van druppels te voorkomen met behulp van een nat absorptiemedium. Een gebruikelijke methode. Wel is hierbij het type ventilator dat gebruikt wordt van belang. Axiaal zuigende ventilato-
ren zorgen voor een gelijkmatige luchtverdeling over het nabije natte absorptiemateriaal en leveren daarmee een effectievere bescherming in vergelijking met de grote centrifugaalventilatoren. De luchtsnelheid over het medium mag nimmer een maximum snelheid overschrijden van 1,7 m/s. De laatste manier is het accepteren van microdruppels, maar besmetting voorkomen door het locaal desinfecteren van het water, bijvoorbeeld met UV licht. Een goede oplossing die echter extra installatiekosten en operationele kosten met zich mee kan brengen.
Wat is een veilig systeem? Wie wil weten wat een veilig systeem is, kan als eerste controleren welke hygiënetests een systeem succesvol heeft doorstaan en welke certificering het systeem heeft. Het Duitse VDI 6022 certificaat geeft bijvoorbeeld een breed beeld dat niet alleen legionella betreft, maar ook E.coli en andere hygiëneaspecten van luchtbehandelingssystemen. VDI certificaten worden uitgegeven door de Duitse Associatie van Ingenieurs dat internationaal erkend wordt als de standaard.
Adiabatische koeling en/ of mechanische koeling? Indien een adiabatische koeling met een mechanische koeling vergeleken wordt is er een essentieel verschil, afhankelijk van het gekozen adiabatische principe, direct of indirect. Doordat de indirecte methode geen vochttoename in de primaire luchtstroom kent, is deze als voorschakeling in te zetten gecombineerd met een mechanische koeling. De indirecte adiabaat koelt eerst buitenlucht voor, de mechanische koeling kan dan geringer in capaciteit zijn, nakoelen en ook nog ontvochtigen. Samen leveren ze lagere exploitatiekosten maar wel een uitgebreidere en zeker een complexere installatie op. De directe methode wordt steeds vaker in plaats van een mechani-
106 e JAARGANG SEPTEMBER 2013
57
KOELING RCC Koude & luchtbehandeling
sche koeling gekozen. Hier kan de adiabaat een voorschakeling of een aanvulling zijn voor een al bestaande ventilatie-installatie en kan tegen nog lagere exploitatiekosten, vooral voor grote ruimten, de meest geschikte keuze zijn voor het beheersen van de ruimtetemperatuur, zeker onder zomerse omstandigheden. Deze methode kent de laagste investeringskosten met behoud van de eenvoud. De directe adiabaat wordt tot slot ook wel eens als voorschakeling voor condensors van koelinstallaties ingezet.
Conclusie
schakeling dienen voor een mechanische koeling. De directe variant kent een grote mate van eenvoud, zeer lage exploitatiekosten en wordt steeds vaker als alternatief voor een conventionele mechanische koeling ingezet. De vooroordelen zijn omgezet in voordelen. Adiabatische koeling is ook in ons klimaat geschikt om prettige condities te waarborgen, voor vele toepassingen en ruimten. Met alleen water als koudemiddel en een goed, veilig ontwerp, is het een duurzame volwassen techniek geworden die door de EIA regeling ook financieel wordt gestimuleerd.
Adiabatische koeling is een natuurlijke, veilige en energiebesparende methode van het moderne koelen. De techniek werkt met voornamelijk verse buitenlucht. De indirecte variant bevochtigt de primaire luchtstroom niet en kan als voor-
Over de auteurs Ing. Menno van der Hoff is Product Manager HVAC bij Colt International BV en lid van de werkgroep kans van de NVKL. Mw. Gertie Arts is Manager Marke-
ting Communication bij Colt International BV Alle foto’s hebben betrekking op de Bakkerij La Lorraine, Ninove, Vlaanderen.
Meer informatie: Colt International BV Postbus 29 NL 5430 AA Cuijk Korte Oijen 4 NL 5433 NE Katwijk (NB) T: +31 - (0)485 399 999 F: +31 - (0)485 399 850 E:
[email protected] I: www.coltinfo.nl
REINIGEN, RECONDITIONEREN EN CONSERVEREN VAN KLIMAATTECHNISCHE INSTALLATIES
Luchtbehandelingsinstallaties Conpro reinigt en reviseert luchtbehandelingsinstallaties, past levensduurverlengend onderhoud toe en vervangt diverse onderdelen. Zo bent u verzekerd van goed totaalonderhoud met een schoon resultaat.
Antibacterieel Levensduurverlengend Optimalisatie Alternatief voor vervangen
PROGREEN® A-MIX
Oppervlaktebehandeling voor lamellenbatterijen
Kijk voor meer informatie op: WWW.CONPRO.NL Bunsenstraat 90 | 3316 GC Dordrecht | T 078 - 621 38 51
Conpro adv Luchtbehandeling.indd 1
58
SEPTEMBER 2013 106 e JAARGANG
12-10-2010 13:17:55
