Tekst: Evi Husson, Bas Roestenberg (praktijkvoorbeeld Veere) NATUURLIJKE KOUDEMIDDELEN IN KLIMAATINSTALLATIES Veruit de meeste warmtepompen zijn gevuld met HFK-. Natuurlijke tegenhangers als ammoniak, propaan en CO 2 worden nog niet veel toegepast. Wat is de reden daarvoor? En zorgt de toenemende druk op HFK s ervoor dat natuurlijke door hun GWP-waarden beter in beeld komen? Experts geven hun visie. De belangrijkste natuurlijke die eventueel in aanmerking komen voor gebruik in klimaatinstallaties zijn ammoniak, propaan en CO 2. Volgens Jan Dohmen, hoofd Verkoop Projecten bij Uniechemie, is CO 2 veelbelovend, maar aan het gebruik ervan zitten haken en ogen: Er kunnen relatief hoge temperaturen mee worden bereikt, terwijl het beperkt giftig en niet brandbaar is (veiligheidsklasse A1, -red.). De werkdruk ervan is echter veel hoger dan die van andere. Daardoor wordt een installatie gecompliceerd, hij vereist andere techniek dan waar installateurs in de klimaatsector aan gewend zijn. Dohmen ziet in de toekomst wel mogelijkheden voor toepassing van CO 2 in klimaatinstallaties, maar er is meer tijd nodig om de techniek hiervoor verder te ontwikkelen. Fabrikanten van componenten zoals compressoren trekken daarbij de kar, gedreven door steeds stren- Op de Chillventa kondigde fabrikant Keyter een warmtepomp aan die met propaan (R290) werkt. gere duurzaamheidseisen. Joost van der Gaag, sales representative van Sabroe Products Netherlands, is minder positief over toekomstige mogelijkheden van CO 2 in klimaatinstallaties. CO 2 wordt in de industriële sector meestal gebruikt voor invriezen. Dat het koudemiddel in klimaatsystemen weinig wordt toegepast, komt doordat het normaal gesproken wordt gebruikt voor zeer lage temperaturen van circa -30 tot -50 C. Dit koudemiddel is in principe veel minder geschikt voor toepassing in klimaatinstallaties. Het feit dat je met hogere temperaturen werkt zorgt voor een te hoge druk in het systeem, en dat wil je vermijden. Vooralsnog wordt ammoniak vrijwel alleen toegepast in industriële installaties, zoals deze warmtepomp in een uiendrogerij. Inhaalslag voor ammoniak Volgens Van der Gaag biedt ammoniak meer mogelijkheden, maar moet er nog wel een inhaalslag mee 8
"Propaan is een prima koudemiddel dat onder lage druk werkt en een goed rendement heeft" worden gemaakt. In Nederland wordt ammoniak vooral in de industrie toegepast, en bijna niet in klimaatinstallaties. Het koudemiddel heeft een aantal duidelijke pluspunten. Zo is het één van de weinige waarvan zowel het GWP (Global Warming Potential, -red.) als het ODP (Ozone Depletion Potential, -red.) nul is, zodat het een zeer geringe milieubelasting met zich meebrengt. Ammoniak is ook energetisch gezien één van de beste, waardoor er koel- en klimaatinstallaties mee kunnen worden gerealiseerd die optimale prestaties combineren met een laag energiegebruik. Ook is het benodigde koudemiddelvolume kleiner bij ammoniaksystemen. Ammoniak heeft een relatief grote warmte-inhoud, zodat er per systeem minder van nodig is dan bij systemen die gebruikmaken van synthetische. Dit heeft een gunstig effect op de CO 2 -footprint, omdat er minder energie nodig is voor de productie van het koudemiddel. Koperen leidingwerk Ondanks de voordelen wordt ammoniak weinig in klimaatinstallaties toegepast. Dit heeft volgens Van der Gaag twee redenen. De eerste is van technische aard: In de klimaattechniek wordt het leidingwerk vaak uitgevoerd in koper. Ammoniak en koper kunnen niet worden gecombineerd, omdat ammoniak koper aantast. Er zijn dus andere materialen nodig, zoals bijvoorbeeld RVS. Dit is duurder, en dat omdat systemen robuuster worden uitgevoerd. Systemen die gebruikmaken van ammoniak als koudemiddel zijn daarom momenteel vooral in gebruik bij grotere industriële systemen die zijn ontworpen om 24/7, dus ongeveer 8.600 werkuren per jaar, te draaien, en die een levensduur hebben van dertig jaar of meer. Klimaatinstallaties in Nederland draaien gemiddeld tussen de 1.200 en 1.600 uur per jaar, zijn met goedkopere materialen samengesteld en hebben een kortere levensduur. Wanneer ammoniak wordt toegepast, worden deze installaties veel duurder, en daar zit niemand op te wachten. Aanvullende maatregelen De tweede reden waarom ammoniak volgens Van der Gaag niet wordt toegepast in klimaatinstallaties, heeft te maken met veiligheid. Ammoniak is ze voor een indirect systeem voor de hand, waar- veelheid koudemiddel die hij bevat, in de technische ruimte van een gebouw wordt geplaatst. Als een bedrijf met ammoniak werkt, moet bovendien worden voldaan aan de richtlijn PGS13. Dat betekent GEA INTRODUCEERT AMMONIAKKOELMACHINE Op de vakbeurs Chillventa, die half oktober plaatsvond in Neurenberg, introduceerde GEA de nieuwe ammoniakkoelmachine BluQ, speciaal ontworpen voor gebruik in grootschalige airconditioningsystemen. Het hart van de machine wordt gevormd door de CompaX, de eerste semihermetishe zuiggasgekoelde ammoniakschroefcompressor ter wereld. De chiller is zo ontworpen dat hij slechts een beperkt koudemiddelvolume nodig heeft, van 40 á 50 g ammoniak per kw koelcapaciteit. Hiervoor zijn de verdamper en vloeistofafscheider samengevoegd in één behuizing, om ervoor te zorgen dat de vereiste hoeveelheid vloeistof minimaal is, zelfs in vergelijking met andere ammoniakmachines. Het ontbreken van een asafdichting in de compressor verlaagt bovendien het risico op ammoniaklekkage. Een ander bijzonder kenmerk is het drie-in-een -ontwerp: de aandrijflijn huisvest zowel de motor als de compressor en olieafscheider, in één compacte flensunit. Dit soort innovaties zorgt er volgens GEA voor dat de BluQ een ideaal ammoniakkoelmachineconcept voor airconditioningsystemen is, met een minimaal risico op koudemiddelemissies'. NJ 2018 9
dat er extra maatregelen moeten worden genomen; zo moeten lekdetectiesystemen worden geplaatst en persoonlijke beschermingsmiddelen worden gebruikt. Daarbij moeten monteurs die aan de instal- hiervoor zijn niet goedkoop. Daarnaast wijst Van der Gaag erop dat veel instal- ringkennis missen die nodig is om ammoniakinstallaties te ontwerpen. Koeltechnische installateurs richten zich voornamelijk op grotere industriële installaties. Ze houden zich doorgaans niet met klimaatinstallaties voor de gebouwde omgeving bezig omdat het voor deze installateurs vaak te kleine projecten zijn. Klimaatinstallaties met ammoniak als koudemiddel verkeren momenteel dus nog in een niemandsland, maar dat kan veranderen. Ammoniak is een perfect koudemiddel voor warmtepompen. Door de druk op het gebruik van aardgas zal de vraag naar industriële ammoniakwarmtepompen toenemen. Wellicht is het een voorbode van de toepassing van ammoniak in meer traditionele klimaatinstallaties, aldus Van der Gaag. Warmtepompmodus Ook Pieter Makkinga, Product Manager Piston Compressors & Packages bij GEA Refrigeration Netherlands, ziet mogelijkheden voor ammoniak in klimaatinstallaties. Het wordt ook al toegepast, maar er is weerstand. Wanneer ammoniak lekt, geeft het een indringende geur en heeft het enorme impact op de omgeving. Maar omdat ammoniakinstallaties aan strenge eisen moeten voldoen, is het risico op dergelijke incidenten laag. Makkinga wijst erop dat in de industriële sector, waar de toepassing van ammoniak al decennia gebruikelijk is, een verschuiving plaatsvindt. Partijen die vroeger alleen koelsystemen aanboden, onderzoeken nu ook de omgekeerde cyclus van de compressor, zodat niet alleen koude, maar ook warmte kan worden geproduceerd. De compressor fungeert dus steeds vaker in warmtepompmodus. De toepassing van ammoniak past volgens Makkinga goed in de ontwikkeling waarbij duurzame oplossingen worden gezocht. We merken dat veel landen steeds meer gewend raken aan de omschakeling van synthetische naar natuurlijke. In Scandinavië loopt men daarbij voorop, gevolgd door de rest van Europa. Het is wellicht een kwestie van tijd voordat die trend ook in de klimaatsector zichtbaar wordt. Feit is dat de regelgeving in dit kader steeds verder wordt aangescherpt. Makkinga s collega Kenneth Hoffmann, product manager bij GEA, wijst op de hogere investeringskosten voor ammoniak in warmtepompen. Ze liggen hoger dan bij HFK-warmtepompen, maar de prestaties zijn beter. Onze warmtepompen zijn voornamelijk ontwikkeld voor installaties die 24/7 draaien, zodat de terugverdientijd korter is. Omdat het gebruik van HFK s wordt afgebouwd onderzoekt GEA de toepassing van ammoniak in kleinere warm- Reclame voor CO 2 -airconditioning in supermarkten. 10
tepompen, tegen concurrerende prijzen en geschikt voor de markt waar HFK s nu nog dominant zijn. Ik verwacht dat we in de komende jaren nieuwe warmtepompproducten op de markt introduceren die als directe vervanger dienen voor de huidige HFK-warmtepompen in de HVAC-markt. Veiligheidsmaatregelen bij propaan Het derde koudemiddel dat een belangrijke rol kan spelen als natuurlijk alternatief voor HFK s is propaan. Jan Dohmen van Uniechemie ziet interessante proposities voor deze koolwaterstof, die weliswaar brandbaar is, maar niet giftig (categorie A3). Bij lekkage draagt propaan, dat een GWP heeft van 3, bijna niet bij aan het broeikaseffect. Het is een prima koudemiddel dat onder lage druk werkt en een goed rendement heeft. De watertemperaturen zijn wel lager in de warmtepompmodus. Volgens Dohmen kan het risico op een explosie na lekkage worden beperkt door een kleine systeeminhoud aan te houden. Daarnaast kan de koelinstallatie buiten worden geplaatste en kunnen gasdetectors worden aangebracht. Zo wordt de veiligheid gegarandeerd en hoeven geen wettelijke ATEX-regels te worden opgelegd. De veiligheid van de installatie kan verder worden vergroot door voor een secundaire (water) loop dus een indirect systeem te kiezen. Dohmen ziet groei in het aantal installaties met natuurlijke, maar fabrikanten en installateurs zijn nog wat terughoudend, mede vanwege de veiligheidsaspecten. Op korte termijn verwacht hij geen grote doorbraak van natuurlijke in klimaatinstallaties, maar de sector moet zich er wel op voorbereiden: Nieuwe normen en inzich- allemaal noodzakelijk om tot een verantwoorde inzet van nieuwe te komen. Praktijkvoorbeeld: TripleAqua Een van de weinige klimaatsystemen die werken met een natuurlijk koudemiddel is TripleAqua, dat door Uniechemie wordt gebouwd en door Coolmark wordt geleverd. Het systeem, dat kan verwarmen, koelen en restenergie kan opslaan, bestaat uit een buitenunit, propaanwarmtepomp, bijpassende binnenunits en 3-pijpswatervoerend pompsysteem zodat er geen koudemiddel door het gebouw loopt. De buitenunit van het systeem beschikt over een warm- en koud buffervat dat gevuld is met PCM s, zodat tegelijkertijd of afzonderlijk verwarming en koeling kan worden afgenomen. Inmiddels wordt aan een doorontwikkeling gewerkt die binnenkort naar buiten worden gebracht. "CO 2 is als koudemiddel in principe veel minder geschikt voor toepassing in klimaatinstallaties" In mei van dit jaar viel TripleAqua indirect in de prijzen, toen de Zeeuwse gemeente Veere werd gekroond tot Europese Warmtepompstad van het Jaar 2018 ( Heat Pump City of the Year ). De uitreiking van deze jaarlijkse award is een initiatief van de European Heat Pump Association. Voor de jury van de award was doorslaggevend dat Veere als eerste Nederlandse gemeente besloot om afscheid te nemen van aardgas, en daarbij met name ook naar zichzelf keek. Dat laatste is met name gesymboliseerd in de manier waarop het gemeentehuis van Veere, dat in Domburg staat, vorig jaar van het aardgas werd gehaald. Het gemeentehuis was ongeveer 17 jaar oud, wat betekent dat onderdelen van het pand aan renovatie toe waren, aldus Albert Cornel, vastgoedadviseur bij de Gemeente Veere. De klimaatinstallatie was er daar een van. Hij bestond uit een gasketel, drycoolers, en individuele lucht/warmtepomp-units die in het plafond van alle ruimten hingen. Het was verouderde techniek die in energetisch opzicht niet meer aansloot bij onze duurzaamheidsdoelstellingen. We zijn daarom een traject gestart om dit systeem te vervangen door een veel duurzamere variant. All-electric gemeentehuis Na een uitbestedingsprocedure waarbij marktpartijen nadrukkelijk werden gevraagd om mee te denken en met goede voorstellen te komen, koos de gemeente Veere voor een ontwerp van installateur Syntho. Het hart van de nieuwe installatie wordt gevormd door een TripleAqua-warmepomp. De nieuwe installatie is zeer energiezuinig, maakt gebruik van een natuurlijk koudemiddel en maakte het mogelijk om afscheid te nemen van de gasinstallatie, legt Cornel uit. Het gemeentehuis wordt nu all-electric verwarmd. Door de installatie van een aanzienlijk vermogen aan pv-panelen voorzien we bovendien voor het grootste deel in onze eigen elektriciteitsvraag. Om tot een goed ontwerp te komen, werkte Syntho samen met Coolmark en Uniechemie. Dit zijn betrouwbare partners waar we eerder goede ervarin-gen mee hebben opgedaan, vertelt Marco Ver- NJ 2018 11
De TripleAqua-installatie bij het gemeentehuis van Veere (foto: Suzan Fotografie). beek, directeur van Synto. TripleAqua levert laagtemperatuurverwarming (28-30 graden Celsius) en hoogtemperatuurkoeling (12-18 graden Celsius) en kan zelf warmte en koeling bufferen. Daar- hoogtemperatuurverwarming met gasketels. Doordat TripleAqua gelijktijdig kan verwarmen en koelen hebben we de bestaande gasketels, drycoolers, warmtewisselaar en bijbehorende pompen kunnen vervangen door één systeem en is het pand zoals Albert Cornel al zei volledig all-electric. De ongeveer 100 verouderde decentrale warmtepompen hebben daarbij plaatsgemaakt voor de fancoils die als afgiftesysteem van de Triple Aqua dienen. Behalve dat alle klimaatfuncties nu door één systeem worden geregeld, bood de keuze voor Triple-Aqua nog een aantal andere voordelen, stelt Verbeek: Zo konden we een groot deel van het bestaande leiding- en kanalenwerk handhaven, wat aanzienlijk in de installatiekosten scheelt, en wordt een veel klimaatvriendelijker koudemiddel gebruikt. De warmtepomp, die een vermogen van 200 kilowatt heeft, werkt met het natuurlijke koudemiddel propaan. Dat laatste betekent dat uit de oude installatie ongeveer 100 kilogram R407C kon worden afgevoerd. Overigens lopen in de nieuwe situatie geen koudemiddelleidingen door het pand. Alleen buiten het pand stroomt propaan door de leidingen; binnen het pand wordt warmte en koeling met water door en naar de ruimten getransporteerd. Eindresultaat De nieuwe installatie is ruim een jaar geleden opgeleverd. Hij werkt naar tevredenheid, maar dat is ook het resultaat van een leerproces, vertelt Albert Cornel. Het is natuurlijk een hele stap om zo n grote warmtepomp toe te passen in een renovatiepro- schillende verbeterpunten in kaart gebracht. In de afgelopen winter was er bijvoorbeeld een periode met strenge kou en een sterke oostenwind, en in die situatie had de nieuwe installatie moeite om het pand op temperatuur te houden. Dat lag echter niet aan de technologie, het had vooral te maken met de verouderde, niet goed gesloten bouwschil. Met die ervaring zijn we aan de slag gegaan en we werken aan een oplossing. Over het algemeen zijn we echter heel tevreden over het resultaat van deze grote ingreep. Marco Verbeek van Syntho deelt die conclusie: Nu de installatie jaarrond heeft gedraaid, lijkt het er sterk op dat we een energiebesparing behalen die boven de contractuele doelstellingen uitkomt. Alles wijst erop dat het energiegebruik in het gemeentehuis is gedaald tot onder de 20kWh/ m²/jaar; dat is ruim onder de BENG-eis die nu voor overheidsgebouwen geldt. 12