Cel koeltechnieken. Preferentiële partner voor koeltechnieken inzake. dienstverlening en consulting permanente vorming toegepast onderzoek

Transcriptie

1 Cel koeltechnieken Preferentiële partner voor koeltechnieken inzake dienstverlening en consulting permanente vorming toegepast onderzoek Cel koeltechnieken 1

2 Cel koeltechnieken Beschikt over een goed uitgerust labo Maakt gebruik van e-learning opleidingsmodules Bezig met innovatieve technieken Relaties met Europese partners voor vervolmaking van ons personeel en voor samenwerking in Europese projecten Participatie aan studiedagen en congressen Enthousiast team! Cel koeltechnieken 2

3 Onderzoek Projectmatig en wetenschappelijk onderzoek 1. PWO: koeling via zonnenergie Cel koeltechnieken 3

4 Absorptiekoeling Cel koeltechnieken 4

5 Eigenschappen Lithiumbromide / water Water Temp. ( C) Water Sponge Saturation Pressure (mm Hg) Cel koeltechnieken 5

6 Koud koken 2 o C Vacuüm pomp Cel koeltechnieken 6

7 LiBr-H 2 O absorptieproces H2O damp condenseren LiBr-H2O verdampen 50% koeleffect LiBr-H2O 60% H2O vloeistof Cel koeltechnieken 7

8 LiBr-H 2 O absorptieproces H2O damp CONDENSER condenseren LiBr-H2O 50% GENERATOR verdampen VERDAMPER koeleffect LiBr-H2O 60% ABSORBER H2O vloeistof Cel koeltechnieken 8

9 Milieuvoordelen? Besparing op energieverbruik als er afvalwarmte, geothermische warmte of een brandbaar gas, dat anders afgefakkeld moet worden, beschikbaar is. Besparing op energieverbruik als er gebruik wordt gemaakt van zonnewarmte evt aangevuld met wkk. Een op aardgas gestookte absorptiekoelmachine levert in het algemeen geen besparing op t.o.v. een watergekoelde compressorkoelmachine. Milieuvriendelijke koelmiddel, minder relevant door de ontwikkeling van milieuvriendelijker koelmiddelen voor compressorkoelmachines. Kunnen als warmtepomp werken en dan veel energie in de verwarming besparen. De bereikbare temperaturen voor warmtelevering beperkt Cel koeltechnieken 9

10 Aandachtspunten Lagere temperaturen dan 4,5 C zijn niet mogelijk met lithiumbromidekoelmachine. Absorptiekoelmachines op ammoniak kan men tot -50 C gaan. Afgezien van enkele kleine, gasgestookte modellen werken de meeste absorptiekoelmachines met koelwater om de warmte in condensor en absorber af te voeren. Als het koelwater met een koeltoren teruggekoeld moet worden, moet rekening worden gehouden met het waterverbruik door verdamping in de koeltoren. Goed regelen van de temperatuur van het water uit de koeltoren is belangrijk bij absorptiekoelmachines op lithiumbromide. Een te lage temperatuur levert het risico op, dat het zout in de absorber gaat kristalliseren. De normale temperatuur van het koeltorenwater is ca. 28 C Cel koeltechnieken 10

11 Werkingstemperaturen Q, Available Heat 80 C COP C Single Stage 160 C 185 C COP 1.19 Two Stage Temp Cel koeltechnieken 11

12 Eentraps en tweetraps absorptiekoelmachines Single effect absorption chillers: COP 0,7 0,8 als Twarmtebron< 100 ºC indirecte warmtetoevoer: via waterkring van CV, zonnecollectoren ( 70 tot 85 ºC + extra warmtebron), WKK op basis van motortechnologie fabrikanten: EAW, Yazaki, Broad Air, Double effect absorption chillers: COP als 150 ºC 1.7 bij 200 ºC Kunnen inwendig hitte recupereren van de condensor om via bijkomende generatoren koelmiddel te verdampen minder brandstof nodig, kleiner koeltoren maar: warmtebron moet op hogere temperatuur! directe warmte toevoer: via gasbranders, hete verbrandingsgassen van microturbines en stoom fabrikanten: Yazaki, York, Cel koeltechnieken 12

13 Tweetraps absorptiekoelmachine Cel koeltechnieken 13

14 Trigeneratie Trigeneratie impliceert de simultane productie van elektriciteit, warmte en koeling uit één brandstof. Conventionele thermo-elektrische centrale: 1/3 van de energie-inhoud brandstof = elektriciteit 2/3 van de energie-inhoud brandstof = restwarmte nood om de efficientie te verhogen bij de productie van elektrische energie. Cogeneratie van warmte en elektriciteit, meer dan 4/5 van de energie-inhoud brandstof wordt omgezet in bruikbare energie Cel koeltechnieken 14

15 WKK en absorptiekoelmachine (trigeneratie) Koel toren CV verdeler Nood koeler Absorptie machine `Gekoeld water net Gas motor Cel koeltechnieken 15

16 WEGRACAL.exe

17 Onderzoek 70kV/10kV 10kV/400V Decentrale energieproductie en beheer Windturbine Zonnecellen PV Netkoppeling WKK op PPO Warmte Zonnecollectoren Koude Absorptiekoeling Innovatieve koeltechniek Productie van biobrandstoffen Geautomatiseerde koolzaadpers Brandstofcel Warmte micro-wkk WKK op biogas Warmte Elektriciteit Windturbine Cel koeltechnieken 17

18 Onderzoek Energiebron Energieproductie output Teelt van energiehoudende gewassen pers voor pure plantaardige olie (PPO) Biobrandstof WKK Warmte- Krachtkoppeling op PPO Elektriciteit Warmte Zonne-energie (warmte) Zonnecollectoren absorptiekoelmachine Koude Waterstof Brandstofcel Elektriciteit Warmte Energievoorziening gebouw Zonne-energie (licht) Fotovoltaïsche zonnecellen Elektriciteit Aardgas WKK Warmte- Krachtkoppeling GAS Elektriciteit Warmte Cel koeltechnieken 18

19 Adiabatische koeling

20 Adiabatische koeling is de korte benaming van het proces om lucht adiabatisch te bevochtigen. Adiabatisch wil zeggen zonder enthalpie - verandering. De voor de verdamping benodigde energie wordt aan de lucht onttrokken, waardoor de lucht afkoelt.

21 Soorten adiabatische koeling: Bij directe adiabatische koeling wordt rechststreeks in de toevoerlucht bevochtigd, wat tot een hoge relatieve vochtigheid in het gebouw leidt. Daarom wordt meestal in een kantoor gebouw gekozen voor indirecte adiabatische koeling. Hierbij wordt de afzuiglucht bevochtigd, en daardoor afgekoeld. Deze ontstane koude wordt met een warmtewisselaar overgedragen aan de inblaaslucht. Op deze manier wordt er geen extra vocht toegevoerd in het gebouw en is er geen gevaar voor vervuiling door het verdampen van water. Indirecte adiabatische koeling is onder te verdelen in: 1-staps: Bevochtiging en warmteoverdracht vinden plaats op hetzelfde tijdstip en dezelfde positie in de warmtewisselaar. 2-staps: Bevochtiging en warmteoverdracht zijn gescheiden processen. Eerst wordt de afzuiglucht bevochtigd. Aansluitend vindt in de warmtewisselaar de afkoeling van de buitenlucht plaats.

22 Hoe wordt bevochtigd? Verdampingsbevochtiging Hygroscopische pakketten (zoals vliespapier) worden met water bevochtigt. Daarover stroomt de lucht en neemt het vocht op. Sproeibevochtiging Door sproeistroken wordt water in de te bevochtigen luchtstroom ingesproeid. De waterdruk is daarbij gering ( tot 3 bar); de sproeiers met een diameter van meer dan 2 mm zijn relatief storingsongevoelig. Hogedrukverstuiving Deze techniek berust op het volgende principe: water wordt door zeer fijne nozzels met hoge drukken (30 tot 100 bar) in de lucht geblazen. Ultrasone bevochtiging Door zeer snel op en neer bewegende trilplaatjes, geplaatst vlak onder het water oppervlak, wordt een nevel gemaakt van zeer kleine druppeltjes, die door de luchtstroom worden meegevoerd. Het gedrag van de nevelpluim is dat van een stoom pluim.

23 Lopende dienstverleningsprojecten Ontwikkeling van 17 opleidingsmodules in de vorm van blended learning Cel koeltechnieken 23

24 Lopende dienstverleningsprojecten De certificatie van het labo koeltechnieken in het kader van het ervaringsbewijs voor koelmonteur en de certificatie voor koeltechnicus Werknemers en werkzoekenden kunnen in het labo koeltechnieken een test komen afleggen nadat ze een begeleidingstraject afgelegd hebben. Werknemers van koeltechnische bedrijven kunnen na het afleggen van een examen een officieel getuigschrift behalen Cel koeltechnieken 24

25 Lopende dienstverleningsprojecten Bouw van een transkritisch CO 2 -koelsysteem simulatie van een kleine supermarkt (koelvermogen 24 MT kw en 10 LT) Deze opstelling zal gebruikt worden voor opleidingen en onderzoek Cel koeltechnieken 25

26 CO 2 als koudemiddel

27 CO 2 eigenschappen ODP = 0 en GWP = 1 CO 2 is chemisch stabiel en goedkoop om te produceren Geurloos niet-toxisch en natuurlijk beschikbaar in de omgeving Gevaarlijk voor mensen bij concentraties hoger dan 0,5% (5000ppm) Zwaarder dan lucht Hoge volumetrische koelcapaciteit ( kleine buisdiameters voor zuigleidingen en kleine cilinderinhoud van de compressor) De verdampingswarmte is ongeveer dezelfde als een HFK, minder dan NH 3 Lage viscositeit in vloeistof- en gasleidingen (kleine drukverliezen) Hoge warmte-overdrachtscoëfficiënt tijdens condenseren en verdampen Compatibel met de meeste materialen (niet-corrosief) Minder gevoelig voor drukvallen Laag kritisch punt (31 C), hoog triple point (-56,6 C)

28 Waarom overgaan op CO 2 Niet-toxisch Laag GWP en ODP Niet brandbaar Koudemiddel R12 CFK ODP 1 GWP Goedkoop koudemiddel R22 HCFK 0, Natuurlijke substantie Een goed koudemiddel!! R134a HFK R404a HFK R407c HFK R410a HFK R507a HFK R744 CO 2 0 1

29 Fasediagram met CO 2 kooldioxide Ammoniak Water Propaan Triple point -56,6 C 5,18 bar -77,6 C 0,06 bar +/- 0 C 0,006 bar -188 C 0,0003 bar Kritisch punt 31 C 73,8 bar 132 C 113 bar 374 C 22 bar 96,7 C 42,4 bar

30 CO 2 koelcyclus Transkritisch proces Subkritisch proces

31 Cyclus

32 Subkritische cyclus

33 Transkritische cyclus

34 Constante druk controle

35 Constante temperatuur controle

36 Optimum COP

37 TRANSKRITISCHE SYSTEMEN (basis)

38 Eenvoudig systeem Eenvoudig ontwerp Aanzienlijk capaciteitsverlies bij hoge temperatuur Eentrapsexpansie in compacte systemen met verdamper (chillers, warmtewisselaars, pompen, HVAC ) Tweetrapsexpansie voor toepassingen met meerdere verdampers

39 Eenvoudig systeem

40 Capaciteitsverlies bij hoge temperaturen

41 Gas bypass systeem Eenvoudig systeem met de mogelijkheid om de druk te kiezen in het distributiesysteem Werkt niet goed bij hoge temperaturen Kleiner debiet in de vloeistofleiding en daarom kleinere diameters Debiet in de vloeistofleiding wordt niet beïnvloed door de omgevingstemperatuur => beter ontwerp

42 Gas bypass systeem

43 Parallel compressie systeem Groot regelbereik van de tussendrukcompressor nodig Minder capaciteitsverlies bij hoge temperaturen Hogere capaciteit bij dezelfde cilinderinhoud

44 Parallel compressie systeem

45 TRANSKRITISCHE SYSTEMEN (geavanceerd)

46 Ejector systeem Hogere zuigdruk voor de compressor Lager capaciteitsverlies bij hoge temperaturen Lagere perstemperatuur Kleinere cilinderinhoud Lager energieverbruik

47 Terugwinning van de expansieenergie 1 Relatief eenvoudig systeem Hogere efficiëntie Grotere koelcapaciteit met dezelfde cilinderinhoud

48 Terugwinning van de expansieenergie 2 Lagere drukverhouding van de compressor Lagere perstemperatuur Complex systeem Prototype componenten

49 TRANSKRITISCHE SUPERMARKT SYSTEMEN

50 Knudsen systeem EU-project Transkritisch CO 2 booster systeem 24 kw MT en 10 kw 32 C omgevingstemperatuur Lekkage < 10% / jaar Zelfde service-interval als bij conventionele systemen Geluid minder dan 29 db op 10m Eenvoudig systeem!!

51 Systeem ontwerp Booster systeem potentiële olieproblemen geen cascade warmtewisselaar zelfde olie bij LP en HP compressors mogelijk nood aan tussenkoeling Tussendrukvloeistofvat met gas bypass weinig ervaring lage en constante druk in de verdeelleidingen (standaard componenten) hoge efficiëntie in het LT circuit Kleine buisdiameters Interne warmtewisselaar hogere COP hogere perstemperatuur beschermt de compressor tegen vloeistof

52 Systeem ontwerp

53

54 Gemiddelde COP MT CO 2 R134a -14 C verdamping 3,71 4,87-12 C verdamping 4,07 4,50-10 C verdamping 4,51 4,87

55 Verbeterd Knudsen systeem We geloven dat het systeem dat we eerder toonden de beste oplossing is voor kleine en middelgrote systemen in het Noorden, maar kan ook efficiënter gemaakt worden voor grotere systemen in gebieden met een warmer klimaat. Probleem gebieden Hoge omgevingstemperaturen Minder vermogen bij hoge omgevingstemperatuur

56 Verbeterd Knudsen systeem Deze problemen kunnen als volgt opgelost worden: Hoge omgevingstemperatuur hoge perstemperatuur Hoge perstemperatuur kleinere interne warmtewisselaar Kleinere interne ww groter vermogenverlies en groter energieverbruik De oplossing voor dit probleem is tussenkoeling van het persgas van de LP compressor.

57 Verbeterd Knudsen systeem Het vermogenverlies bij hoge temperaturen is een van de nadelen van transkritisch CO2. Dit ligt in de aard van de cyclus en kan op verschillende manieren worden opgelost. Expansie-apparatuur (verbetert de COP en capaciteit bij hogere temperaturen) De ejector creëert een hogere zuigdruk voor de compressors (verbetert de COP en capaciteit bij hogere temperaturen) Parallelle compressie (verbetert de COP en capaciteit bij hogere temperaturen) Ejectors en expansie-apparatuur zijn nog niet niet commercieel beschikbaar. Dat laat parallelle compressie enige optie.

58 Conclusie transkritische CO 2 systemen Energieverbruik hetzelfde als een conventioneel systeem De technologie begint commercieel beschikbaar te worden aan redelijke prijzen Componenten zijn beschikbaar en soms zijn ze te vinden bij meerdere verdelers Het zwakke punt van CO 2 systemen op dit moment is het verlies aan capaciteit bij hoge temperaturen

59 Component design transkritisch CO2

60 Condensor / Gaskoeler Bij temperaturen onder de kritische temperatuur zal CO 2 warmte afgeven gedurende de condensatie Bij temperaturen hoger dan de kritische temperatuur zal CO 2 warmte afgeven door in temperatuur te dalen

61 Ontwerp van de gaskoeler

62 Gaskoeler design

63 De verdamper De unieke eigenschappen van CO2 vormen de sleutel tot een laag energieverbruik.

64 Verdamper met CO 2 : 1 Dezelfde verdamper als met R134a Ongeveer 3,5 % capaciteitsverlies Het drukverlies aan de koudemiddelzijde is ZEER laag (factor 13 in bar of 125 in K) Omdat het drukverlies zo laag is, is het mogelijk om met hogere snelheden te werken (koudemiddelzijde)

65 Verdamper met CO 2 : 2 De interne diameter van de leidingen verminderd van 8,5 mm naar 4,8 mm Het aantal circuits verminderd van twee naar één. Zelfde drukverlies in K als met R134a Zelfde verdampingstemperatuur Capaciteit ongeveer 28% hoger dan bij R134a De hogere capaciteit kan ook gebruikt worden om het systeem te laten werken bij hogere verdampingstemperatuur

66 Verdamper met CO 2 : 3 Dezelfde verdamper als in voorbeeld 2 maar met een verdampingstemperatuur gestegen van -13,5 C naar -10,3 C Latente capaciteit van de koelvin is 11% lager (11% minder rijp en meer capaciteit om de goederen te koelen)

67 Verdamper besluit Optimalisatie is nodig om de voordelen van CO 2 te verkrijgen Zonder de verdamper te optimaliseren zal het moeilijker zijn om de verdamper te controleren ( GROTE tijdsconstante) en het risico op olieopstoppingen zal vergroten bij lage capaciteit Met dezelfde weerstand aan de luchtzijde maar met een verbeterde configuratie aan de koudemiddelzijde kan je 25 tot 30% meer capaciteit opleveren en 3 tot 3,5 K hogere verdampingstemperatuur De verdamper kan worden samengesteld uit dunnere buisjes (dit resulteert aan de luchtzijde in minder weerstand) of met vernauwingen binnen in de buizen De verdampers in een CO2 systeem optimaliseren is een van de manieren om de algemene efficiëntie van het systeem te verbeteren

68 Bedankt voor jullie aandacht