CO2 koeling en propaan koeling winnen de laatste jaren opnieuw aan populariteit. Tot voor enkele jaren werd de markt van de koelmiddelen vanaf de huishoudfrigo tot en met de middelgrote industriële systemen volledig gedomineerd door synthetische koudemiddelen. Enkel voor de grote industriële koelinstallaties werd er gewerkt met het natuurlijke koudemiddel ammoniak. Dit komt onder meer door de strenger wordende wetgeving.
F-gas wetgeving
Meer recent is de wetgeving op het gebruik van synthetische koudemiddelen alsmaar strenger geworden. Er worden eisen opgelegd aan de aard en de frequentie van lekcontroles die dienen te gebeuren om het ontsnappen van het synthetische koelmiddel naar de atmosfeer tegen te gaan. Deze lekcontroles dienen te gebeuren door gecertificeerde bedrijven, zoals Technigroup. De overheid controleert op haar beurt zowel de eindgebruikers van de chillers met synthetische koudemiddelen, als de controlerende bedrijven zoals ons. Dit alles zet een druk op de markt om over te schakelen op natuurlijke koudemiddelen, die niet onder deze specifieke “F-Gas” wetgeving vallen. Door hogergenoemde omstandigheden is de markt voor koelsystemen met natuurlijke koudemiddelen de laatste jaren sterk gegroeid.
De opgang van CO2 koeling en propaan koeling
Naast ammoniak voor industriële systemen, springen vooral de steile opgang van CO₂ koeling en propaan koeling in het oog. Hoewel deze natuurlijke koudemiddelen eigenlijk geen nieuwe koudemiddelen zijn, maar net zeer oude producten, is wel zo dat door de wetgevende druk op de synthetische koudemiddelen, en de daarbij horende kosten voor installatiebedrijven en eindklanten, er een nieuwe interesse is ontstaan voor deze natuurlijke koudemiddelen.
Ondersteund door de maatschappelijke tendens om te evolueren naar meer CO₂ neutrale productiemethodes, is er terug tijd en energie geïnvesteerd in deze natuurlijke koudemiddelen, waardoor er op een aantal vlakken belangrijke vooruitgangen zijn geboekt, voornamelijk op het gebeid van energie efficiëntie en ook op het gebied van het beperken van de koelmiddelinhoud en de daarbij horende wens om de risico’s van natuurlijke koudemiddelen te beperken, deze zijn immers vaak in min of meerdere mate brandbaar zijn (vb. propaan) of giftig (ammoniak, NH₃), of zwaarder dan lucht en kunnen zo voor verstikkingsgevaar zorgen (CO₂).
Koeling met CO2 (R744)
Het is met de CO₂ koeling zoals met de elektrische auto. Bij het begin van de autogeschiedenis waren er al elektrische auto’s, maar door een aantal praktische bezwaren, de massale beschikbaarheid aan fossiele brandstoffen en de onwetendheid i.v.m. de milieu-impact van fossiele brandstoffen kwam er geen doorbraak van deze technologie. Zo ook voor CO₂ als koelmiddel, ook hier waren er een aantal technische problemen die moeilijk te overbruggen waren, en dan kwamen de synthetische koudemiddelen massaal en goedkoop op de markt. Ook hier was er geen besef over de impact op het milieu van deze nieuwe synthetische producten.
Maar net als bij de auto, weten we vandaag maar al te goed wat de milieu impact is van de verschillende beschikbare koudemiddelen en gaat ook de prijs van synthetische koudemiddelen door de wettelijke beperkingen op productiehoeveelheden alsmaar omhoog. Hierdoor is het onderzoek naar de toepasbaarheid van CO₂ als koudemiddel enorm toegenomen en zijn een aantal van de vroegere technische hindernissen intussen geslecht. Met de fabrikanten in de landen met de meest stringente wetgeving over het gebruik van synthetische koudemiddelen op kop, zijn er nu voldoende serieproducten op de markt aanwezig, om te zeggen dat CO₂ koeling zijn kinderschoenen ontgroeid is. Hoewel CO₂ oorspronkelijk voornamelijk een techniek was van de retail en de supermarkten, zien we vandaag meer een meer toepassingen in de industrie.
Naast de mogelijkheid om subsidies te krijgen voor hun CO₂ koelsystemen op basis van de milieuvriendelijkheid van het systeem, zijn industriële gebruikers vooral gecharmeerd door het feit dat er op CO₂ geen enkele, huidige of toekomstige, wetgeving geldt die het gebruik ervan beperkt of reglementeert. Daarnaast is een vroeger technisch nadeel van CO₂, namelijk de zeer hoge compressietemperaturen, omgekeerd in een voordeel : dankzij de zeer hoge temperaturen aan de hoge druk zijde van het de CO₂ compressiecyclus is het mogelijk om warmte te recupereren aan veel hogere temperaturen dan vroeger mogelijk was met synthetische koudemiddelen.
Warmterecuperatie is natuurlijk vooral interessant op plaatsen waar er lokaal, naast een behoefte aan koeling, ook een verbruiker van warmte –in de praktijk vaak warm water- aanwezig is. Vandaag is dit vaak het geval in de voedingsindustrie. Voor het koken of garen van producten, maar ook voor het cleanen van machines en ruimtes is er in de voedingsindustrie heel wat warm water nodig. Anderzijds moeten alle warme producten binnen aanvaardbare termijnen teruggekoeld worden en daarna binnen de koudeketen bewaard worden. Een CO₂ installatie kan hier een technisch goede en economisch, energetisch en ecologisch verantwoorde oplossing bieden : naast een goed rendement als koelmiddel, is er ook nog de mogelijkheid van de recuperatie van gratis warmte.
Om het verhaal compleet te maken en te nuanceren, willen we eindigen met een aantal kanttekeningen. CO₂ is vooral interessant in toepassingen voor koelen en vriezen in Midden- en Noord-Europa. Bij hogere verbruikstemperaturen en hogere omgevingstemperaturen lopen we tegen technische complicaties aan of wordt het energetisch verbruik (veel) minder gunstig.
Hoewel de commerciële beschikbaarheid van materialen die bestand zijn tegen de zeer hoge drukken waaraan een CO₂ koeling werkt nu algemeen is, blijft de enige uitweg voor het controleren van de extreemste drukken in een CO₂ systeem bij stilstand in een warme omgeving vaak : afblazen naar de omgeving. Gelukkig is CO₂ geen duur koudemiddel en kan de “verloren” CO₂ teruggewonnen worden bij de aanmaak van nieuwe CO₂, maar hiermee moet wel rekening gehouden worden bij het concipiëren van de systemen en het beoordelen van de bedrijfszekerheid. Laatste kanttekening : CO₂ is zwaarder dan lucht : bij het ontwerpen van een CO₂ koelsysteem dienen de nodige veiligheden en alarmen voorzien te worden om te vermijden dat er een ophoping van CO₂ ontstaat in een ruimte waar mensen zich kunnen bevinden en er dus verstikkingsgevaar kan optreden.
Koeling met propaan (R290)
Iedereen kent propaan als brandstof voor sanitaire verwarmers, fornuizen en camping vuurtjes. Al even oud is het gebruik van propaan als koelmiddel. Het grootste nadeel, hoewel voor een gedeelte psychologisch, van propaan ligt voor de hand : het product is brandbaar en in een bepaald mengverhouding met lucht zelfs potentieel explosief.
Toch pleiten er een aantal zaken voor het gebruik van koelsystemen met propaan. Meest voor de hand liggend : propaan is een efficiënt en dus energiezuinig koudemiddel. Ecologisch heeft propaan een Global Warming Impact waarde van 3. Dat is drie keer meer dan CO2, maar toch bijna 1.000 keer minder dan de wettelijke grens voor het gebruik van synthetische koudemiddelen, die vanaf 2020 nog toegestaan zijn tot een GWP waarde van 2.500. Ook verschilt een koelsysteem op propaan qua opbouw en werking slechts zeer weinig van de bekende systemen met synthetische koelmiddelen, waardoor de meerprijs voor een propaan koelsysteem t.o.v. een klassiek systeem met synthetisch koudemiddel eerder meevalt.
Hoe wordt er in de praktijk dan omgegaan met de nadelen van het koelmiddel propaan? Meest voor de hand liggende en goedkoopste maatregel is het beperken van de hoeveelheid gebruikte propaan in het koelsysteem. Vanaf 50 kg zijn er sowieso bijkomende wettelijke vereisten die maken dat het economisch veel minder interessant wordt om propaan als koelmiddel te gebruiken, vanwege de dure investeringskosten van deze maatregelen en de kosten voor de handhaving ervan. Ook onder deze 50 kg grens worden propaan koelsystemen in de regel buiten opgesteld, zodat het bereiken van de benodigde concentratie voor een mogelijke ontsteking in de praktijk onmogelijk wordt. Om de inhoud aan koelmiddel nog verder te laten zakken is het natuurlijk ook mogelijk om het te leveren koelvermogen te verdelen over verschillende gescheiden koelcircuits. Indien er bij de bouw van de koelcircuits dan ook nog extra aandacht wordt besteed aan de selectie van componenten die een kleine koelmiddelinhoud mogelijk maken, dan is het haalbaar om systemen te ontwikkelen die zelfs geschikt zijn voor opstelling en een (voldoende grote) ruimte binnen.
Bekijk ook