Klimaatbeheersingsinstallaties ontwerpen (KLIC)

(].. Reed BusinessOpleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 cilinderkop motorhoofdlager h-~t=iFr==~-drukvereffeningsbuis \"'I--II:!--zuigafsluiter oliedrukterug- oliedruk- atroomvsntial regelventiel Figuur 25 Semi-hermetische compressor DE HERMETISCH GESLOTEN COMPRESSOR (ZIE FIGUUR 26) glijslof krukas------tt-H---l fl4H,=!-Pr--aansluilklemmen krukkasl----ft-H U;_,'-\"'_.Ll pfl----klemmenbord stator ----ft--~~ rotor -----I:I---~-_I_-. vulring ----1+-- ontluchting ----+t---j7363_040 Figuur 26 Hermetisch gesloten compressor 4.7.1.4 ZUIGERCOMPRESSOR IN HET h/LOG p-DIAGRAM De persdruk van een zuigercompressor wordt bepaald door de condensordruk. Zodra de druk boven de zuiger gelijk of een fractie hoger is dan de condenser- druk, openen de perskleppen. Op dit punt verschilt de zuigercompressor van de - 30-

a Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 roterende compressoren die we hierna behandelen. In het h/log p-diagram van figuur 27 is het compressieproces in een zuigercompressor weergegeven. Theoretisch vindt de compressie plaats zonder toevoer van warmte, dus adia- batisch. Praktisch neemt het koudemiddel wei warmte op, zodat de compres- sielijn iets naar rechts van de adiabaat afwijkt. In een semi-hermeet koelt het zuiggas eerst de elektromotor, zodat het koudemiddel meer warmte opneemt. Het zuiggas voor de compressor zelf (nu de motor) is dus verder oververhit. Kij- kend naar het zuiggas direct voor de complete compressor (dus voor de motor) wijkt de compressielijn van een semi-hermeet dus wat verder rechts af van de adiabaat. Van de hermetische zuigercompressor wijkt de compressielijn nog verder naar rechts af, omdat bij dit type compressor nauwelijks warmte vanuit het koude- middel naar buiten kan ontsnappen adiabeat Pc open zuigercompressor semi- hermetische zuigercompressor hermetische zuigercompressor Pv KfAD a. Zuigercompressor in h/log p-diagram7363_040 b. Figuur 27 We zien dus dat we bij gebruik van een hermetisch gesloten compressor meer warmte moeten afvoeren in de condensor dan bij een semi-hermeet; bij gebruik van een semi-hermeet meer dan bij een \"open\" compressor. De COP-factor van een installatie met een \"open\" compressor is dus het meest gunstig. - 31 -

a.Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 4.6.2 ROTERENDECOMPRESSOREN Roterende compressoren comprimeren niet door middel van een zuiger in een cilinder, maar door middel van roterende verdringende elementen. Enkele voordelen zijn: compactere bouw; relatief weinig bewegende delen; betere balancering mogelijk; zuiq- en perskleppen meestal niet nodig; weinig tot geen schadelijke ruimte; grote drukverhouding in een trap mogelijk. Enkele nadelen zijn: grotere inwendige lekkage, omdat door de optredende temperatuurveran- deringen voldoende speling tussen de rotor en het huis moet worden aan- gebracht. Omdat men deze speling zo klein mogelijk wil houden, leidt dit tot een dure compressor; hogere warmteopname in het koudemiddel, waardoor een lagere COP-factor in de gehele installatie; hoger geluidsniveau. De roterende verdringercompressor bezit in het algemeen een vaste verhou- ding tussen het aangezogen en samengeperste dampvolume aan het einde van de compressie (de ingebouwde volumeverhouding). Dit wil zeggen, dat voor een gegeven koudemiddel de interne einddruk uitsluitend afhankelijk is van de begin( zuig)druk en in het algemeen zal afwijken van de condensatie- druk. We behandelen achtereenvolgens: de scroil/spiraaicompressor; de schroefcompressor. 4.6.2.1 DE SCROLUSPIRAALCOMPRESSOR (ZIE FIGUUR 28,29 EN 30). Het verdringend element van deze compressor bestaat uit twee in elkaar ge- wonden spiralen. De ene spiraal is vast, terwijl de andere cirkelvormige bewe- gingen maakt. De cirkelvormige beweging wordt verkregen door een excentriek mechanisme, waarbij de spiraal zelf dus niet draait (zie figuur 28, figuur 29 en figuur 30). Het aanzuigen en het daaropvolgende comprimeren en het afvoeren geschiedt in drie omwentelingen. Tijdens het aanzuigen worden de spiralen aan de omtrek met twee volumina gevuld en na de eerste omwenteling zullen deze vo- lumina zijn ingesloten. Gedurende de tweede omwenteling wordt het ingesloten volume steeds kleiner en wordt het gas gecomprimeerd. Tijdens deze compres- sie wordt aan de omtrek opnieuw gas aangezogen. Bij de derde omwenteling worden de twee ingesloten volumina achtereenvolgens uitgedreven, waarbij de gasstroom met zeer geringe drukstoten continu stroomt. Tijdens dit uitdrijven vindt wederom aanzuigen aan de omtrek en compressie van het ingesloten volume plaats. Er bevinden zich dus verscheidene gasvolumina binnen de spiralen in verschillende fasen van het arbeidsproces.7363_040 - 32-

aReed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 Het ontbreken van een schadelijke ruimte, waardoor een verminderde interne warmtewisseling plaatsvindt, verhoogt de koudefactor ten opzichte van de zuigercompressor. De compressor heeft een hoge bedrijfszekerheid als gevolg van weinig bewegende delen en is ongevoelig voor het aanzuigen van vloeistof door de veerbelaste axiale afdichting van de spiralen. Figuur 28 Scrollcompressoren7363_040 - 33-

(].. Reed Business OpLeidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 aslap axiale pers afdichting astap- lager ZLlig rnotoras aangedreven scroll Figuur 297363_040 Figuur 30 SCROLLCOMPRESSOR IN HEr HILOG P-DIAGRAM (FIGUUR 31) De eindcompressiedruk van de scrollcompressor wordt bepaald door de temperatuur van het samengeperste koudemiddel en het compressievoud van de compressor. Het kan dus voorkomen, dat de compressiedruk van de scroll hoger is dan de condensordruk. Bij het verlaten van de compressor valt de druk van het samengeperste koudemiddel isenthalp (dus bij gelijkblijvende - 34-

(!.. Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 enthalpie) naar de condensordruk. Doorcomprimeren boven de condensordruk heeft tot gevolg, dat de condensor extra warmte (de extra compressie-energie) aan het gecomprimeerde koudemiddel moet onttrekken. Dit is nadelig voor de COP-factor van de installatie. Bovendien wordt het geluidsniveau van de compressor nadelig belnvloed door de optredende drukstoten. In een hllog p-diagram ziet dit er als voigt uit. Pe Peindcompressie Pc Pcompressor Pv Pverdamper die de condensor extra aan het koudemiddel moet onttrekken Figuur 31 Scrolicompressor in h/log p-diagram7363_040 Figuur 32 Twee scrolicompressoren op een fundatie (tandemopsteliing) 4.6.2.2 DIGITALE SCROLLCOMPRESSOR (ZIE FIGUUR 33) De juiste regelbaarheid van koelinstallaties is noodzakelijk omdat de instal- laties worden ontworpen op ontwerpcondities (zomer- en wintersituatie). Deze ontwerpsituaties komen echter niet vaak voor en daarom draait de installatie veelal in deellast. Bij de meeste compressoren is dit geen probleem, echter met de stationaire (vast toerental) scrollcompressoren staan de fabrikanten het vaak niet toe om het toerental met frequentieregelaars aan te passen in verband met de smering (oliehuishouding) van de scroll. - 35-

eReed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 Er is een fabrikant die dit probleem heeft opgelost met de digitale scrollcom- pressor (zie figuur 33). Deze combineert de goede eigenschappen van scroll- compressoren met een breed regelbereik. De compressor draait altijd het vaste toerental maar comprimeert in fasen. Hierdoor draait de oliepomp continu, waardoor - ook in deellast - een optimale smering ontstaat. Bij frequentiegeregelde systemen (inverters) wordt wisselspanning omgezet in gelijkspanning en vervolgens weer omgezet in een nieuwe wisselspanning. Deze omzettingen van de spanning kosten uiteraard vermogen. Deze verliezen kunnen soms wei oplopen tot 15%. Bij de digitale scroll hoeft geen spanning te worden omgezet.7363_040 Figuur 33 Digitalescroll Eigenschappen digitale scroll De digitale scroll is traploos modulerend van 10% tot 100%. Door gebruik te maken van de Pulsie Wide Modulation (PWM) digitale scrollcompressor en de daarbij behorende regeltechniek, is het mogelijk dat systemen op energie-effici- ente wijze regelbaar koelvermogen leveren. Het laten pulseren van de scroll heeft als nadeel het 'tikkende' geluid van de magneetklep. Dit kan soms als hinderlijk worden ervaren. Geluidsbeperkende maatregelen kunnen de geluidsproblemen reduceren. Denk hierbij aan omkas- ting, plaats van de compressor, enz. Door het lichten van de vaste scrollhelft uit de draaiende scrollhelft met behulp van de magneetklep, zal er geen massa stroom c.q. capaciteit worden afgege- ven. De compressor is op dat moment niet effectief. Voordelen digitale scrollcompressor De geavanceerde regeling en elektronica die nodig is voor de modulerende werking, is beperkt en relatief eenvoudig, waardoor deze zeer betrouwbaar en eenvoudig te analyseren is bij servicewerkzaamheden. - 36 -

(].. Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 Bij een koelvraag draait de compressor constant zonder starts en stops, waar- door een duurzame werking is gewaarborgd. -r--A Figuur 34 Capaciteitsregeling digitale scrollI 4.6.2.3 DE SCHROEFCOMPRESSOR (ZIE FIGUUR 35)II De schroefcompressor komt veel voor bij grote installaties. In figuur 35 isI schematisch een van de uitvoeringsvormen weergegeven.I aandrijfas1~~F:!!!~:tY I 1 \"'AS I 1 A-A B-B 'I ~A 17363_040 I B~ Figuur 35 Uitvoeringsvormen schroefcompressor De schroefcompressor bestaat uit een achtvormig huis, waarin twee rotoren in tegengestelde richting draaien. De rotoren zijn voorzien van zuiver in elkaar passende schroeflijnvormige uitsparingen. De ene rotor heeft 4 halfbolvormige tanden en de andere rotor heeft 6 halfbol- vormige uitsparingen. De toerentallen van de wormen verhouden zich als 2:3. - 37-

a Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 Het gas wordt aan de inlaatzijde aangezogen en vult de gangen van de rotoren over de gehele lengte. De met gas gevulde gangen worden door de flanken van het schroefprofiel, het compressorhuis en door een plaat aan de drukzijde opgesloten. Bij verder draaien grijpen de beide rotoren in elkaar, zodat de damp in de ruimte tussen de beide rotoren is opgesloten. Deze ruimte verkleint zich voortdurend gedurende de rotatie, waardoor de compressie plaatsvindt. Bij een bepaalde rotorpositie komt de damp in verbinding met de uitlaatopening, waar- door het comprimeren eindigt en de damp wordt uitgedreven. Dit gaat door, totdat de ruimte volledig leeg is (zie figuur 36). aanzuigen comprimeren uitlaat Figuur 36 Werking schroefcompressor Normale schroefcompressoren zijn uitgerust met een olie-injectiesysteem, dat constant olie tussen de rotoren inspuit. Hierdoor wordt een goede afdich- ting verkregen en zijn grote drukopbrengsten mogelijk. De olie wordt voor de inspuiting gekoeld. De koeling is zodanig, dat de persgastemperatuur op een lage waarde van circa 70 tot 90°C wordt gehandhaafd. Door hand having van deze temperatuur kan de speling tussen de rotoren klein zijn. De olie heeft verder tot taak de smering van de lagers, asafdichtingen en ver- dere bewegende delen te verzorgen. Het oliesysteem van een schroefcompres- sor is derhalve vrij uitgebreid en bevat: een oliepomp; een drukregelaar; een oliekoeler; een olieverwarmer; filters; een injectiesysteem; een olieafscheider tussen compressor en condensor met een zeer hoog rendement; een temperatuurregeling en -beveiliging en een drukschakelaar. 4.7 CONDENSORS In het h/log p-diagram van figuur 37 is de toestandsverandering weergegeven. De toestandsverandering kan in drie trajecten worden verdeeld: 1. de afvoer van de oververhitlingswarmte (oververhit persgas koelt af, 9 daalt); 2. de afvoer van de condensatiewarmte (9 blijft gelijk); 3. de verdere afkoeling (nakoeling) van de vloeistof (9 daalt). In verhouding tot de hoeveelheid warmte neemt de afkoeling van het overver- hitte gas vrij veel condensoroppervlak in beslag, omdat de warmteoverdracht van het gas aan de condensorwand veel slechter is dan die van vloeistof.7363_040 - 38 -

(J.. Reed Business OpLeidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 De mate van nakoeling van de vloeistof in de condensor is afhankelijk van de constructie van de condensor en van het verschil tussen de temperatuur van het koelwater of de buitenlucht en de condensatietemperatuur. Wanneer de condensor niet van een speciaal onderkoelingscircuit is voorzien, zal de be- reikte nakoeling normaal gesproken niet zo groot zijn. Nakoeling is om twee redenen belangrijk: verhoging van het koeleffect bij gelijkblijvend compressorenergieverbruik; vermindering van de kans op gasvorming (flash-gas) in de vloeistofleiding, waardoor een groter drukverlies of hoogteverschil tussen de condensor en de verdamper kan worden overwonnen. nako.ellng o daalt condensatie afkoeling vloeistof - , 1 () blijft gelijk \ Figuur 37 h/log p-diagram --n in kJ/kg 4.7.1 INDELING CONDENSORS Wij kunnen de condensors in drie groepen verdelen: watergekoelde condensors; luchtgekoelde condensors; verdampingscondensors.7363_040 Figuur 38 Luchtgekoelde V-shape-condensor - 39-

(J.. Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 VOOR- EN NADELEN VAN EEN WATERGEKOELDECONDENSOR Door de gunstige warmteoverdrachtsfactor en de meestal lage temperatuur van het koelwater is een watergekoelde condensor compact en goedkoop in aanschaf. Om deze redenen worden er dan ook veel toegepast. Tegenwoordig worden de watergekoelde condensors echter steeds meer verdrongen door de luchtgekoelde condensors, omdat het waterverbruik een te kostbare zaak wordt. Dit geldt niet aileen voor leidingwater, maar ook voor bron- en oppervlak- tewater, waarvoor steeds hogere lozingsrechten moeten worden betaald. Op bepaalde plaatsen is het zelfs verboden om bron- of oppervlaktewater te gebruiken en is men aangewezen op plaatsing van een koeltoren om het koel- water van de condensor te koelen. Een tweede nadeel van watergekoelde condensors is het feit, dat er door de opwarming van het water kalk neerslaat op de condensorwand, zodat regelma- tig schoonmaken noodzakelijk is. Bij gebruik van zout (zee)water gaan in de condensor schelpen en zeepokken groeien, die de waterstroom belemmeren. Tevens ontstaat hierbij het probleem van elektrolytische corrosie. VOOR- EN NADELEN VAN EEN LUCHTGEKOELDE CONDENSOR Luchtgekoelde condensors hebben als voordeel, dat het koelmedium niets kost en altijd beschikbaar is. Het benodigde oppervlak en de hoeveelheid koellucht zijn echter groot. Vaak worden de luchtgekoelde condensors buiten opgesteld om voldoende luchtaanvoer te krijgen. Dit kan in woongebieden problemen met de Hinderwet opleveren wegens geluidsoverlast, die door de condensorventila- toren kan worden veroorzaakt. VOOR- EN NADELEN VAN EEN VERDAMPINGSCONDENSOR Indien weinig koelwater beschikbaar is, wordt de verdampingscondensor toe- gepast. Bij dit systeem wordt gebruikgemaakt van de hoge verdampingswarmte van water (circa 2270 kJ/kg), waardoor het waterverbruik laag is. Een nadeel van dit type van condensor is, dat de reiniging moeilijk en waterbe- handeling in veel gevallen noodzakelijk is.7363_040 - 40-

(].... Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 4.7.2 UITVOERINGEN VAN CONDENSORS WATERGEKOELDECONDENSORS inlaat heet gas water uit water in uitlaat vloeibaar koelmiddel symbool Figuur 39 Doorsnede ketelcondensor waler ull gas in r 1 IT J \ L-f><J-- water in vloeistof uit Figuur 40 Condensor met keerschotten LUCHTGEKOELDE CONDENSORS Lamellencondensors De warmtewisselaar van een luchtgekoelde condensor bestaat uit een aantal rijen pijpen, waarop voor oppervlaktevergroting lamellen zijn gemonteerd (zie figuur 41).7363_040 - 41 -

a.Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 symbool Figuur 41 Luchtgekoelde condensor met lamellen De lamellencondensor wordt zowel in de kleine als in de grote koelinstallaties veelvuldig toegepast. Bij de meeste condensors wordt lucht over de warmtewisselaar gezogen door een of meer ventilatoren (zie figuur 42). In enkele gevallen, zoals bij een te hoge geluidsbelasting door de ventilatoren, vindt luchtcirculatie door natuurlijke trek plaats. symbool Figuur 42 Luchtgekoelde condensor met 5 ventilatoren Verdampingscondensor Bij de verdampingscondensor wordt gebruikgemaakt van de verdampings- warmte van water. Deze bedraagt ongeveer 2270 kJ/kg. Het principe van deze condensor is weergegeven in figuur 43.7363_040 - 42-

(J.. Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 ttt C><J druppel- symbool vanger damp cendensaat +++++++++++ Figuur 43 Verdampingscondensor ECa waterverdeelsysteem T - - -- ---- - - T~ 1-' -.- .-.-. _.- '-t -} - .~.-, -' _._._. 0000000,00000000000 1r0'-0'-0':0\"000-0·0-·0_0t~00J·0-0·-0·0-·0-·-·-·-·1 . .I [OJ I ~ ~ II w ~ '-\", = Figuur 44 Constructie verdampingscondensor 4.7.3 REGELINGEN LUCHTGEKOELDE CONDENSORS Een belangrijk nadeel van de luchtgekoelde condensor is, dat bij lage buiten- temperaturen de condensatiedruk te laag kan worden. Er is dan onvoldoende7363_040 - 43-

a.Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 drukverschil tussen de hoge- en lagedrukzijde om een voldoende vloeistof- stroom naar de verdamper te garanderen. Het is dus belangrijk een bepaalde minimumdruk in de condensor te handhaven. Om hieraan tegemoet te komen kan een van de volgende regelingen worden toegepast. AAN- EN U/TREGELING VAN DE VENT/LATIE (Z/E F/GUUR 45) Na het bereiken van een bepaalde minimumdruk in het vloeistofvat schakelt een pressostaat de condensorventilator uit. Indien de condensatiedruk stijgt, zal de ventilator weer worden ingeschakeld. Oit is de eenvoudigste vorm, waarbij men over ten minste twee, doch bij voor- keur over drie ventilatoren moet beschikken, teneinde niet te grote wisselingen in de condensatiedruk te krijgen. Bovendien zal ten minste een ventilator in werking moeten blijven. De differentie tussen het in- en uitschakelen moet vrij groot zijn, teneinde het zogenaamde pendelen van de ventilatoren te voorkomen. ,,,,r - - ..._--------~- - ------ -~~- --- -- ,,,---~--, , condensor naar verdamper vloeistofvat KTM van verdamper Figuur 45 Aan- en uitregeling van de ventilatie TOERENTALREGELING VAN DE VENT/LATOR Hiervoor kan gebruikgemaakt worden van een zogenaamde tweetoerenmotor voor het aandrijven van een ventilator. Oit is een dubbel gewikkelde driefasemotor. Bij normale condensatiedrukken zal de motor op het hoogste toerental draaien; bij lage condensatiedrukken (Iage buitentemperaturen) zal de motor op een lager toerental draaien. De regeling geschiedt door een pressostaat of een thermostaat. Op moderne installaties wordt de ventilatormotor aangestuurd door een fre- quentieregeling. Oeze zorgt ervoor dat de motor traploos wordt geregeld tussen \"nul\" en \"maximaal\" toerental. - 44-

(J.. Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 REGELING VAN DE HOEVEELHEID AANZUIGLUCHT (ZIE FIGUUR 46) Bij deze regeling laat men de lucht door een zogenaamd luchtregister naar de condensor stromen. r --- - -- --------- ---- --- -- -- --- ------- --- -----, I I I I , I I I ttt I : _ drukregelaar ~ servomotor condensor I I M -----'7363_040 vloeistofvat Figuur 46 Regeling van de hoeveelheid aanzuiglucht De stand van de kleppen in het register wordt bepaald door een servomotor. Bij dalende condensordruk zullen de kleppen meer sluiten. Bij oplopende condens- ordruk worden de kleppen meer opengestuurd. REGELING VAN DE TEMPERATUUR VAN DE AANZUIGLUCHT Deze regeling wordt wei toegepast voor luchtgekoelde condensors, die binnen zijn opgesteld. Voor verwarming van de lucht kan eventueel de condensatie- warmte worden gebruikt, waarbij een deel van de warme condensorlucht wordt teruggeleid naar de aanzuigzijde van de ventilatoren. VERKLEINING VAN HET WERKZAME OPPERVLAK Het doel van deze regeling is bij lage condensatiedrukken meer vloeibaar kou- demiddel in de condensor te brengen, waardoor het werkzame oppervlak van de condensor wordt verkleind. Hiervoor zijn, zoals in figuur 47 is aangegeven, in het systeem twee regelkleppen A en B opgenomen. Regelklep B sluit bij dalende condensatiedruk, waardoor de druk achter de com- pressor op een minimumwaarde wordt gehouden. Door de sterke nakoeling is de druk in het vloeistofvat laag. Ais gevolg hiervan zal regelklep A openen, waardoor wat heet gas in het vloeistofvat stroomt en de druk hierin oploopt, met het gevolg, dat er geen vloeistof van de condensor naar het vloeistofvat zal stromen, doordat klep C dan gesloten is. De persdruk om regelklep B te openen, zal ongeveer 1 bar hoger zijn afgesteld dan de druk in het vloeistofvat door klep A. - 45-

a.Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 condenSOf naar verdamper C><J B C WR7363_040 van verdamper Figuur 47 Verkleining van werkzaam oppervlak Het hete gas, dat niet via A naar het vloeistofvat gaat, wordt als vloeistof in de condensor opgeslagen, totdat het werkzame condensoroppervlak zodanig is verminderd, dat de druk in de condensor iets hoger is dan de druk in het vat. Op dat moment stroomt er weer vloeistof uit de condensor via terugslagklep C naar het vloeistofvat. Terugslagklep D voorkomt het terugstromen van de vloeistof tijdens stilstand- perioden. Regelklep B kan ook op de plaats van klep C gemonteerd worden. Dit heeft echter als nadeel, dat bij gesloten klep B eerst de condensor moet wor- den opgevuld, teneinde via A voldoende druk op de vloeistof te krijgen. In de tussentijd kan de installatie door onvoldoende vloeistoftoevoer op de lagedruk- pressostaat uitschakelen. Klep A wordt ook wei vervangen door een veerbelaste terugslagklep, waardoor tevens klep D kan vervallen. De bovengenoemde regeling vereist een groter vloeistofvat dan normaal om in de zomer de hoeveelheid vloeistof, die zich 's winters in de condensor bevindt, te kunnen bevatlen. De twee besproken regelventielen kunnen worden vervangen door een drie- wegmengventiel, dat dan een vaste drukinstelling heeft. Bij dalende conden- satiedruk wordt een hoeveelheid persgas naar het vloeistofvat gestuurd, terwijl de doorgang vanuit de condensor verminderd wordt, hetgeen resulteert in het 0pvullen van de condensor met vloeistof. In figuur 48 is de zogenaamde zomerregeling van een installatie weergegeven. Bij normale of hoge omgevingstemperatuur is de verbinding 2 naar 3 in het mengventiel geopend. Het vloeibare koudemiddel kan uit de condensor door het mengventiel naar het vloeistofvat stromen De winterregeling is afgebeeld in figuur 49. Wanneer de condensor beneden de afgestelde waarde van het mengventiel komt, opent het ventiel de doorgang van 1 naar 3. Hierdoor stroomt heet persgas naar het vat, waardoor de druk oploopt tot de verlangde hoogte. - 46-

a Reed Business OpLeidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 condensor B 3-wegmengventiel R3 i -compressor vloeistofvat - i naar verdamper van verdamper \"- /---t;:;q._..T ... Figuur 48 Zomerregeling Tegelijkertijd wordt de doorgang van 2 naar 3 verminderd of afgesloten. Ais gevolg hiervan zal zich in de condensor meer vloeibaar koudemiddel ophopen en zal tevens het warmteoverdragende oppervlak worden verkleind. Het ver- schil tussen de condensatie- en omgevingstemperatuur zal hierdoor oplopen en daarmee ook de condensordruk. i vloeistofvat - t naar verdamper compressor --- van verdamper Figuur 49 Winterregeling De letters op het ventiel betekenen aansluiting van B(ypass) = omloop, C(ondensor) en R(eceiver) = vloeistofvat. 4.7.4 REGELING WATERGEKOELDECONDENSORS Automatische waterregelkleppen worden toegepast in systemen, waarbij de condensor door water wordt gekoeld. Zij werken op de druk, die in de conden- sor heerst en houden deze druk constant door de waterhoeveelheid en daar- door de koeling aan te passen aan de vraag. De uitvoering van de regelklep wordt verder besproken in hoofdstuk 9. In veel gevallen wordt de klep in de afvoer van het koelwater geplaatst. In figuur 50 is dit schematisch weergegeven.7363_040 - 47-

a Reed Business OpLeidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 o; b.v. 30 °0 waterregelkJep koudemlddel Oga6 b.v. 9000 koudemlddel OVloei6tof b.v. 20 00 watertoevoer waterafvoer b.v, 1500 b.v, 25 °0 Figuur 50 Automatische waterregelklep, geplaatst in de afvoer De minimuminstelling van de openingsdruk van de klep wordt bepaald door de temperatuur van het koelwater. Door deze temperatuur voldoende hoger te nemen dan de maximaal te verwachten koelwatertemperatuur, is men er zeker van, dat de klep sluit, als de koelmachine stilstaat. Een hoge condensatietem- peratuur betekent een laag waterverbruik, maar een hoger energieverbruik en lagere koelcapaciteit. (Dit zal later in het hoofdstuk over compressoren nader worden verklaard.) 4.7.5 KOELTORENS In de procesindustrie worden koeltorens toegepast voor het koelen van pro- ceskoelwater. Dit koelwater kan ook worden gebruikt om een watergekoelde condensor te koelen. Bij een koeltoren (figuur 51) wordt het door de condensor opgewarmde water bovenin de koeltoren gepompt, waar het via een sproeisysteem verneveld wordt op een zogenaamd vulpakket. Dit kan bestaan uit kunststof of uit ceramische ringen. Het water komt nu in contact met de in tegenstoom door de koeler gevoerde buitenlucht. De koeling van het water vindt plaats, doordat een dee I van het water verdampt en de daarvoor benodigde warmte (circa 2270 kJ/kg) aan het overige water wordt onttrokken. Het gekoelde water wordt onder in de koeltoren verzameld en weer naar de condensor gepompt. De temperatuurdaling van het water ligt meestal tussen 5 en 7 DC. Evenals bij de verdampingscondensor is boven in de koeltoren een druppelvanger geplaatst. Het spatverlies bedraagt circa 0,2% van de circulerende hoeveelheid water.7363_040 - 48 -

a.. Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 C><J vulkraan t symbool vlotter- suppletiewater watergekoelde condensor klep ,/ overloop7363_040 /regel- afsluiter pomp - Figuur 51 Koeltoren WATERKWALITEIT Het water in het circulerende koeltorensysteem dient van goede kwaliteit te zijn en moet aan de navolgende eisen voldoen: Het moet zo schoon mogelijk zijn, dat wil zeggen vrij van onopgeloste stoffen. Het moet weinig corrosief zijn, tenzij het koelsysteem geheel corrosievast is uitgevoerd. Het mag geen afzetting vormen bij de in het koelsysteem heersende omstandigheden (temperatuur, indikking). Het mag weinig biologische activiteit bevatten. Ter voorkoming van problemen ten gevolge van afzettingen, corrosie of biologi- sche groei dienen derhalve tijdig doeltreffende maatregelen te worden getroffen in de vorm van een goede waterbehandeling en een juiste keuze van het type van koelsysteem en de toe te passen materialen. - 49 -

(],.. Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 4.8 De problemen, die in een koeltorencirculatiesysteem kunnen optreden, bestaan uit: hardheidsafzetting ten gevolge van de verstoring van het kalk- en7363_040 koolzuurevenwicht; corrosie ten gevolge van zuurstof, die wordt ingebracht bij de continue be- luchting van het water, het te hoge zoutgehalte van het water, slibafzetting, een te hoge zuurgraad van het water (hoge pH, zink, aluminium en S02 uit de atmosfeer) en een te lage pH door zuren, die onder bepaalde omstan- digheden in het systeem terechtkomen; biologische vervuiling door de ontwikkeling van bacterien (denk aan legio- nellabacterie, veroorzaker van de veteranenziekte) en algen door inwerking van licht of een hoge watertemperatuur. Bij de keuze van de waterbehandeling voor dergelijke koelsystemen moet men rekening houden met de door de waterbeheerder gestelde eisen inzake lozing via het spuiwater (bijvoorbeeld chromaat, zink en fosfaat). WATERBEHANDELING Meestal wordt uitgegaan van leidingwater of zelfontijzerd bronwater als supple- tie voor koeltorenkoelsystemen. Dit water dient in sommige gevallen toebereid te worden. Of dit noodzakelijk is, is afhankelijk van: de samenstelling van het water; de toe te passen chemicalien voor de gewenste conditie van het water; de in het systeem optredende temperaturen; de toegepaste materialen. De watertoebereidingsmethoden bestaan in hoofdzaak uit het verwijderen van stoffen (zouten), die kalkafzetting veroorzaken, de zogenaamde ontharding van het water (gedemineraliseerd water). Ook filtratie van het koelwater ter bestrij- ding van de vervuiling wordt in toenemende mate toegepast (bijvoorbeeld een gesloten zandfilter). EXPANSIEORGANEN In het koelcircuit is de toevoer van de juiste hoeveelheid koudemiddel naar de verdamper zeer belangrijk. Hiervoor zijn voor droge verdampers regelapparaten ontwikkeld, die naast het doseren van de hoeveelheid, ook een drukval tussen de condensor (hoge druk) en de verdamper (Iage druk) moeten bewerkstel- ligen, de zogenaamde expansieapparatuur. Voor de regeling van de vloeistof- toevoer naar natte verdampers of vloeistofafscheiders worden niveauregelaars toegepast. Toevoer van te weinig koudemiddel heeft tot gevolg, dat de verdampercapa- citeit niet vo\"edig wordt benut. Bij toevoer van te veel koudemiddel naar de verdamper zal deze dit niet kunnen verwerken, waardoor de kans bestaat, dat er vloeistof in de compressor komt en er een zogenaamde vloeistofslag optreedt. (Vloeistof is niet samendrukbaar.) Om dit te voorkomen, wordt bij droge verdampers het gas, dat uit de verdamper komt, oververhit. De bedoeling van de oververhitting is, dat de temperatuur van het aangezogen gas naar de compressor boven de temperatuur komt, die behoort bij de verzadigde-damp- - 50-

a.. ReedBusinessOpleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 spanning van het gas. Hierdoor wordt het aanzuigen van vloeistofdeeltjes in de compressor voorkomen. De oververhitting van het gas vindt plaats aan het einde van de verdamper. In figuur 52 is dit schematisch weergegeven. 10°C - t.T (oververhitting) 5 K Figuur 52 Vloeistof met een hoge druk wordt met behulp een expansieventiel in druk verlaagd tot bijvoorbeeld 1 bar. Dit heeft tot gevolg, dat een gedeelte van de vloeistof in damp overgaat en dat tevens de temperatuur ervan daalt tot 5 DC. Door de warmtetoevoer van buiten de verdamper zal het koudemiddel verder verdampen bij een constante druk en temperatuur. Dit kan gemeten worden door een thermometer te plaatsen op diverse punten. Bij toevoer van de juiste hoeveelheid vloeibaar koudemiddel zal juist voor het einde van de verdamper aile vloeistof verdampt zijn. Doordat de warmere omgevingslucht blijft toestro- men, zal het gas in temperatuur stijgen en met een temperatuur van bijvoor- beeld 10 DC naar de compressor stromen. Het gas is dan van 5 DC naar 10 DC in temperatuur gestegen en hierdoor 5 K oververhit. Het regelen van de juiste hoeveelheid koudemiddel voor de droge verdamper noemt men expansieregeling. Deze expansieregeling kan op verschillende manieren worden uitgevoerd. In dit hoofdstuk worden besproken: het expansiecapillair; het automatische expansieventiel; het thermostatische expansieventiel (TEV); het elektronisch expansieventiel (EEV); de accurater. De vloeistoftoevoer naar natte verdampers geschiedt door niveauregelaars. Hiervan behandelen wij: de lagedrukvlotterklep; de hogedrukvlotterklep; de elektrische niveauregelaar; de thermostatische niveauregelaar.7363_040 - 51 -

(J... Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 4.8.1 EXPANSIEAPPARATEN HET THERMOSTATISCHE EXPANSIEVENTIEL (TEV) (ZIE FIGUUR 53) Wanneer bij een droge verdamper belastingsvariaties voorkomen, moet men een regelklep toepassen, die de koudemiddeltoevoer aan deze variaties aan- past. Het thermostatisch geregelde expansieventiel voldoet aan deze eis. Figuur 53 Thermostatische expansieventielen INWENDIGE DRUKVEREFFENING Een thermostatisch expansieventiel, waarbij de druk onder het membraan de druk is, die heerst aan het begin van de verdamper, noemen we een expansie- ventiel met inwendige drukvereffening. Bij een TEV met inwendige drukvereffening wordt de temperatuur van over- verhitting bepaald door de verdampingstemperaturen aan het begin van de verdamper. Een TEV met inwendige drukvereffening kan daarom aileen worden toegepast op verdampers zonder inwendige weerstand (drukverlies). Een spin- nenkop of vloeistofverdeler geeft vaak al een drukverlies van 0,2 tot 0,7 bar. Ook lange verdamperpijpen met veel bochten geven drukverlies, zodat de druk aan het eind van de verdamper lager is dan die aan het begin ervan. Ook de verdampingstemperatuur is dus aan het eind van de verdamper lager, terwijl de oververhitting wordt bepaald door de verdampingstemperatuur aan het begin. Om die reden worden bij verdampers met drukverlies andere TEV's toegepast, namelijk TEV's met uitwendige drukvereffening.7363_040 - 52-

eReed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie KIi-C 4 5 2 11 2 3 4 9 0 6 7 8 13 1 = deksel 14 2 = membraan 8 = filter 3 = instelveer 9 = uitlaat naar verdamper 4 = drukstift 10 = opening voor inwendige drukvereffening 5 = instelspindel 11 = voeler 12 = capillair 6 = klepzitting 13 = klephuis 7 = regelklep 14 = vloeistofinlaat van condensor Figuur 54 Compleet thermostatisch expansieventiel met inwendige drukvereffening UITWENDIGE DRUKVEREFFENING (ZIE FIGUUR 52) Veel verdampers hebben wei een drukval. Oit is het gevolg van het gebruik van een spinnenkop, lange leidingen en leidingen met boehten. Als gevolg van de drukval is de druk aan het eind van de verdamper lager dan de druk aan het begin ervan. Om dit probleem op te lossen, moeten we bij een verdamper met drukverlies een ander type TEV gebruiken. Een TEV waarbij de ruimte onder het membraan is verbonden met het eind van de verdamper, noemen we een TEV met uitwendige drukvereffening. Bij een TEV met uitwendige drukvereffening heeft de verdamperweerstand (drukverlies) geen invloed op de oververhitting. Omdat de voeler (5) niet be\"invloed mag worden door vloeistofdruppeltjes die langs de klepsteel naar de drukvereffeningsleiding lekken, plaatsen we de drukaansluiting circa 10 em na de voeler.7363_040 - 53-

a.Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 voeler T(\"I:':~~:;:;;~-- aansluiting uitwendige drukvereffening klepzitting __ ,..\"-~~~ttlllt--lt-I-- -- ----=:uCrttaraetgelklep Figuur 55 Thermostatisch expansieventiel met uitwendige drukvereffening Samengevat: De druk boven het membraan = de druk onder het membraan. De druk boven het membraan = de voelerdruk. De druk onder het membraan = de verdamperdruk + de veerdruk. De voelerdruk = de verdamperdruk + de veerdruk. De voelertemperatuur = de verzadigde damptemperatuur, behorende bij de voelerdruk en het desbetreffende koudemiddel. Expansieventiel met inwendige drukvereffening: voelerdruk druk aan het begin van veerdruk de verdamper Figuur 56 Expansieventiel met uitwendige drukvereffening: voelerdruk druk aan het einde van veerdruk de verdamper Figuur 577363_040 - 54-

(J.. Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 DE VLOEISTOFVERDELING Wanneer het koudemiddel het expansieventiel is gepasseerd, is een deel van de vloeistof verdampt als gevolg van de drukverlaging. De warmte, die hiervoor nodig is, heeft de temperatuurverlaging van de nagekoelde vloeistof 9nk tot de verdampingstemperatuur 90 (flashgasvorming) tot gevolg. Deze damp heeft een groot volume ten opzichte van de resterende vloeistofmassa, waardoor direct na het ventiel een afscheiding plaatsvindt tussen de damp en de (zware) vloei- stof (zie figuur 59). i I 1% I verdampte I vloeistof h- Figuur 58 Expansie van koudemiddel Deze afscheiding tussen damp en vloeistof kan in de verdamper problemen ople- veren, wanneer niet aile verdamperpijpen evenveel vloeistof toegevoerd krijgen.7363_040 Figuur 59 Afscheiding damp en vloeistof Wanneer meer dan een verdampercircuitop een expansieventiel is aangesloten, moet elk afzonderlijk circuit voor een goede verdeling van de belasting evenveel damp en vloeibaar koudemiddel toegevoerd krijgen. Dit is mogelijk door het inbou- wen van een zogenaamde vloeistofverdeler,ook wei verdeelkop of spinnenkop genoemd. De verdeler wordt gemonteerd tussen het expansieventiel en de verdam- percircuits (figuur 60). De verdeler heeft een relatief hoge inwendige weerstand, waardoor de expansie na het ventiel in 2 trappen verloopt (zie figuur 61), namelijk in het ventiel van 1 naar 2 en in de verdeler van 2 naar 3. Duidelijk is, dat hier een ventiel met uitwendige drukvereffeningmoet worden toegepast. De druk na het ventiel (bij punt 2) komt immers niet meer overeen met de verdampingstemperatuur. - 55-

a.Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 De vloeistofverdeler of spinnenkop moet altijd verticaal worden gemonteerd en zo dicht mogelijk bij het expansieventiel worden geplaatst. Door de verdeel- kegel (4) en de weerstand in de verdelerkanaaltjes en in de inspuitleidingen (5) (die aile even lang moeten zijn) krijgt elk verdampercircuit nu een gelijke hoeveelheid damp/vloeistofmengsel toegevoerd. Daardoor is het koelvermogen per verdampercircuit gelijk. 01---7 5----· 96 1 = vloeibaar koudemiddeL 6 = zuigverzamelstuk of header. 2 = mengsel van damp en vloeistof. 7 = zuigleiding. 3 = vloeistofverdeler of spinnenkop. 8\", luchtrichting. 4 = verdeelkegeL 9 = verdamperblok. 5 = inspuitleidingen van gelijke lengte. Figuur 60 Schematische voorstelling van luchtkoeler, in secties verdeeld, met thermosta- tisch expansieventiel, voorzien van uitwendige drukvereffening en vloeistofver- deler. HET ELEKTRONISCHE EXPANSIEVENTIEL Doel elektronisch expansieventiel7363_040 Het elektronische expansieventiel (EEV) kent de beperkingen die we hiervoor bij het TEV zagen, niet. De beperkingen van het TEV waren: De instelling van de oververhitting is niet bij aile temperaturen gelijk. De condensordruk moet een bepaalde minimumwaarde hebben. - 56-

(J... Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 De instelling van de oververhitting van het EEV is niet afhankelijk van een dampdruk in een balg en de veerdruk onder een membraan. De elektronische regeling van het EEV meet wei de verdamperdruk en de verdampereindtemperatuur (oververhit gas). De elektronica zorgt ervoor, dat het verschil tussen deze twee waarden altijd gelijk is. De oververhitting is dus over het gehele regelgebied constant. De expansie in een EEV vindt niet plaats over een veerbelast naaldklepje, zoals in het TEV. Daardoor kan het EEV met een lagere toevoerdruk werken. Dit betekent, dat bij gebruik van een EEV de condensordruk lager kan zijn. Welke voordelen dit oplevert, zien we in het h/log p-diagram van figuur 61.7363_040 verdarnper- druk _f bd \"TO\" Pc TEV = condensordruk bij gebruik van een TEV. Pc EEV = condensordruk bi] gebruik van een EEV. a = warmteopname (kJ/kg koudemicldel)bi] gebruik van aen TEV. =b = warmleopname (kJ/kg Itoudemiddel) bi] gebrulll van, een EEV (Il> a). c extra warmteopnarne (kJ/kg koudemiddel) door lagllre condenscrdrux (winst). d = warmteloevoer (kJ/kg koudemiddel) in compressor bi] gebruik van een TEV. e = warmletoevoer (kJ/kg koudemiddel) in compressor bi] gebruik van een EEV (e < d). f = mlmler warmtetoevoer (kJ/kg koudemfddel) in compressor door lagere condensor- oruk (wlnsl). Figuur 61 We zien, dat wij per circulerende kilogram koudemiddel meer warmte afvoeren; in de compressor minder warmte aan het koudemiddel toevoeren. Door beide factoren verbetert de COP-factor van de installatie. Door de toepassing van elektronica kan men de installatie zo inrichten, dat we de verdamperdruk en de oververhitting op afstand kunnen aflezen en de over- verhitting op afstand kunnen afstellen (zie figuur 62). - 57-

(J.. Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 tm-p T!)el~r .. elektronica Figuur 62 Uitvoering EEV's Elektronisch gestuurde expansieventielen bestaan uit: een inspuitventiel met \"motor\"aandrijving; een elektronische regelaar; verscheidene temperatuurvoelers. Deze componenten worden achtereenvolgens beschreven. Inspuitventielen We kennen 3 typen inspuitventielen, namelijk: met stappenmotor; met thermische motor; met magneetmotor. Inspuitventiel met stappenmotor De stappenmotor kan met hele kleine stappen in twee richtingen draaien. Via een schroefdraadmechanisme wordt een schuifbuis in een bepaalde openings- positie gebracht (figuur 63). lineaire stappen- motor schuifbus -+_ doorlaat- opening vloeistof- intrede7363_040 Figuur 63 Inspuitventiel met stappenmotor - 58-

(J..Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 Inspuitventiel met thermische motor Het thermische element van een normaal thermostatisch expansieventiel is hier vervangen door een drukkamer met een vloeistof/dampvulling. De temperatuur (en dus de druk) in deze kamer wordt geregeld door een verwarmingselement. Een andere voeler meet de actuele temperatuur in de drukkamer. Verhoging van de druk heeft een verplaatsing van het membraan tot gevolg en in het veranderen van de ventielopening (figuur 64). 2----~~~~~~~~ :=========Jr]~~~~~~~~~~===~~ 4 12 9 13 14 5 I_~---------15 6 16 8~ 19 - =14 einddeel. KTAJ 15 = capsule. 1 = beschermingskapje. a = sc1'1roet 16= temperatuurvoeler. 17= verwarmingselement. =2 schroet. ·9 = I<abelsclloe.n. 3 = pakking. =18 orifice. 10 = kabelfngang. =19 klephuis. 4= kabet, 11 = gezegeldEHing 12 = p~kklng. 5 = O-ring. =6 begrenzlngsschroef. 13 = pa](klng. 7 = bovenkant klep. Figuur 64 Inspuitventiel met thermische motor7363_040 - 59-

aReed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 Inspuitventiel met magneetmotor Dit is niets anders dan een magneetklepfunctie, gecombineerd met een vaste ventieldoorlaat. De hoeveelheid in te spuiten koudemiddel wordt bepaald door de opening/sluitfrequentie van de klep. De klep opent bijvoorbeeld ten minste eenmaal in de 6 seconden. De openingstijd ligt dan tussen 0,1 en 6 s, afhanke- lijk van het commando van de regelaar (figuur 65). 9 12 8 .------10 7 5 6 2 open o6 12 die hi s 18 1 = lntaat. 7.:: lliter. 2:. ulttaat 8:= spcel, 3 = voeding 220 - 230 V gelijkspanning. 9 -= kap, =4 doortaat, 10:= spcattuus. 5 = kern. 11 := l:Jorgrlng. 6=kembuis. =12 pakking. Figuur 65 DE ACCURATER7363_040 In enkelvoudige kleine aircosystemen (split-systeem) is een expansiecapillair goed toepasbaar. Bij een split airco bevindt zich in de te koelen ruimte een zogenaamde binnenunit met verdamper en ventilator. Buiten staat de buiten- unit. Hierin bevinden zich de condensor (Iuchtgekoeld met ventilator) en de - 60-

(J... Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 lawaaimakers, zoals de compressor en het expansieorgaan (dat een fluitketel- geluid kan produceren). Geexpandeerde vloeistof stroomt via een ge\"isoleerde leiding naar de binnenunit (zie figuur 66). buitenunit binnenunit expa~rgaan ge\"isoleerde leieling KTAT Figuur 66 4.9 VERDAMPERS Het doel van de verdamper is het onttrekken van warmte aan een stof door middel van verdampend koudemiddel. In figuur 67 is de plaats van de verdamper in de koelinstallatie weergegeven.7363_040 - 61 -

(!... Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 - - -verdamper olieafscheider vloeistof- drogerlfilter .... compressor olie persgas OJ condenserend persgas vloeibaar koelmedium CJ verdampend koelmedium CJ zuiggas Figuur 67 Plaats verdamper in de koelinstallatie Het expansieventiel krijgt vanuit de condensor vloeibaar koudemiddel toege- voerd onder vrij hoge druk. In het expansieventiel moet de vloeistof een vernau- wing passeren, hetgeen tot gevolg heeft, dat de druk daalt. Door deze drukda- ling zal een gedeelte van het koudemiddel verdampen, waarbij de warmte, die hiervoor nodig is, door de vloeistof zelf wordt geleverd. Het koudemiddel daalt dus in temperatuur en wei tot de verzadigdedamptem- peratuur, die bij de dan heersende druk in de verdamper behoort. Verder in de verdamper zal het koudemiddel verdampen door warmte op te nemen uit de omgeving. Bij een goede afsteliing van het expansieventiel zal de verdamping voltooid zijn net voor het einde van de verdamper. In het laatste gedeelte van de verdamper zal door warmteopname de damp oververhit worden.7363_040 - 62-

a.Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 ---7 1 A1---------------'------- I I I verdamping h in kJ/kg --- ... Figuur 68 Proces in de verdamper In figuur 68 is het proces uitgezet in het hllog p-diagram. In punt B komt het vloeibare koudemiddel de verdamper binnen, waarna het door warmteopname uit de te koelen ruimte verdampt. In punt C is aile vloeistof verdampt, waarna in het laatste gedeelte van de verdamper de damp oververhit wordt tot punt D. 4.9.1 UITVOERINGEN VAN VERDAMPERS We kunnen de verdampers onderverdelen in: luchtkoelers; vloeistofkoelers. LUCHTKOELERS Een belangrijke toepassing in de koeltechniek is het op een lagere temperatuur dan die van de omgeving brengen van een meestal ge\"isoleerde ruimte (koel- of vriescel). De lucht in deze ruimte moet voortdurend langs een koelelement wor- den gevoerd, omdat warmte de ruimte binnendringt (isolatieverliezen, deurver- liezen en warmte van opgeslagen producten). Luchtkoelers bestaan uit gedeeltelijk in serie en gedeeltelijk parallelgeschakel- de pijpen (buizen), uitwendig voorzien van ribben of lamellen (figuur 69).7363_040 - 63-

a Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 alumlnlumlamellen mel kragen om Qe I}fjpgalen ge.-expandeerda koperen pllp veer vaslzatten lameLien b. Lamellenverdamperblok \"'.. a. Constructie lamellenverdamper Figuur 69 Lamellenverdamper GEFORCEERDE LUCHTCIRCULATIE De bij natuurlijke circulatie optredende luchtsnelheden zijn zeer laag. Door een ventilator aan de verdamper te koppelen (zie figuur 70) kunnen we de lucht- snelheid sterk opvoeren. Figuur 70 Geforceerde koeling door het toepassen van een ventilator Ook bij koelers voor klimaatbehandelingsinstallaties, die in een luchtbehande- lingskast zijn geplaatst of in een luchtkanaal zijn opgenomen, kan gesproken worden van geforceerde luchtcirculatie. Hierbij wordt de lucht meestal in tegenstroom ten opzicht van het koudemiddel door de verdamper gevoerd (zie figuur 71). De warme lucht komt dan in aan- raking met het koudste gedeelte van de verdamper. De reactie op het voele- relement is nu sneller en dit resulteert in een betere vulling van de verdamper, waardoor een groter koelvermogen mogelijk is. koudemiddel dampvormig koudemiddel ----..::::::::- tucnt7363_040 Figuur 71 Verdamper van een geforceerde koeling - 64-

a Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie KIi-C 4 De luchtsnelheid wordt begrensd door de met de snelheid kwadratisch toe- nemende luchtweerstand (ventilatorkrachtverbruik). Ook het meevoeren van gecondenseerde waterdruppels door de gekoelde lucht is een beperking. De luchtsnelheid ligt, over het totale aanstroomoppervlak gezien, meestal tussen 2 en 3 m/s. De verdampingstemperatuur ligt bij getorceerde koeling circa 10 K lager dan de luchtinlaattemperatuur. 4.9.2 VLOEISTOFKOELERS Vloeistotkoelers worden toegepast in grote systemen voor indirecte koeling, waarbij een koudedrager wordt rondgepompt. Vloeistotkoelers kunnen weer worden onderverdeeld in: dompelkoelers (koudemiddel in de pijpen); volbadverdampers (koudemiddel rondom de pijpen). KETELVERDAMPER In tiguur 72 is een ketelverdamper weergegeven. Hierbij bevindt het verdam- pende koudemiddel zich om de pijpen. Het te koelen medium stroomt door de pijpenbundel. naar compressor koudemiddel- mveau Figuur 72 Vloeistofafscheider7363_040 - 65-

(J.. Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 naar compressor terugvoer afgescheiden vloeistof Figuur 73 Schematische weergave van een ketelverdamper met verdamping om de pijpen. PLATENVERDAMPER Platenverdampers zijn samengesteld uit geprofileerde roestvaststalen platen. Voor toepassing in de koeltechniek worden deze platen onder vacuum bij een temperatuur van 1200 °C aan elkaar gesoldeerd, waarbij kanaaltjes worden gevormd. De profilering is zodanig, dat een tegenstroom warmte-uitwisseling plaatsvindt met een hoge U-waarde en een lage drukval. Voordelen van platenverdampers zijn: een kleine koudemiddelinhoud; compact en vijf- tot zesmaal lichter als een ketelverdamper; goedkoop; weinig onderhoud door roestvaststalen platen; nagenoeg geen vervuiling door de sterk turbulente stroming. Platenverdampers worden aileen als droge vloeistofkoeler toegepast, dit wil zeggen dat het koudemiddel oververhit de verdamper verlaat.7363_040 - 66-

(J.. Reed Business OpLeidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 koudedrager uit Figuur 74 Platenverdamper7363_040 Figuur 75 Geforceerdeluchtverdampers - 67-

a Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 Figuur 76 Koelmachine met een shell and tube-verdamper 4.10 ENERGIEBESPARENDE MOGELlJKHEDEN BIJ KOELMACHINES Zoals eerder aangegeven bij de paragraaf of de digitale scrollcompressor, moeten de koelinstallaties goed regelbaar zijn omdat de installaties het grootste gedeelte van het jaar op deellast draaien. Er moet dus een capaciteitsregeling aan de koelinstallatie worden toegevoegd. Vaak zijn de eenvoudige oplossingen voldoende voor de regelbaarheid; soms is een grotere nauwkeurigheid vereist. De keuze van het koelsysteem, directe of indirecte koeling, de opstellingsplaats (inpandig of buiten) de keuze van compressor, het koudemiddel, ontwerptem- peraturen, enz. bepalen in hoeverre een systeem aan de eisen voor energie- efficientie kan voldoen. Daarnaast moet er ten aile tijden worden voldaan aan de wettelijk normen en de eisen die aan koelinstallaties worden gesteld. De opstelplaats moet geschikt zijn om de energiehoeveelheden af- of aan te voeren. Met andere woorden: er moet voldoende lucht verplaatsbaar zijn. Ais de opstelplaats op een zwart plat dak is, dan is er een minder energiezuinig systeem mogelijk dan als dezelfde machine in de schaduw onder bomen zou staan. Vaak heeft de ontwerper geen invloed op de opstellingsplaats, hij zou indien mogelijk altijd moeten aangeven als het beter kan.7363_040 4.10.1 BEPERKING ZUIG- EN PERSDRUKKEN TUSSEN VERDAMPER EN CONDENSOR De hulpenergie voor de compressor van een compressiekoelmachine is zeer sterk afhankelijk van het verschil in druk tussen de verdamper en de condensor. Door de warmtewisselende oppervlakken van de verdamper en ook de conden- sor te vergroten, is het mogelijk om de zuig en persdrukken zo dicht als moge- lijk bij die van gekoeld water en/of koelwater van de condensor of koellucht te brengen. De temperatuur van het gekoelde water (of een dergelijke koelvloei- stof) kiest men niet lager dan echt noodzakelijk. Traditioneel wordt er bij aircon- ditioning gewerkt met een koelwatertemperatuurtraject van 6-12 \"C. Worden er hogere temperaturen gekozen, dan kan dit gunstig zijn voor de hulpenergie van de compressor. Door deze hogere temperaturen is het moge- lijk om een goed werkende installatie te realiseren, mits het oppervlak van de luchtkoelers in de luchtbehandelingskasten wordt vergroot. Wees kritisch bij het - 68-

a Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 toepassen van deze energiebesparende maatregel, want een grotere luchtkoe- ler leidt tot meer luchtweerstand voor de ventilatoren en dus van de luchtbe- handelingskast. Dit kost meer energie dan een kleinere luchtkoeler. Daarnaast is het door de keuze van een eventueel hoger watertraject of verdampingstem- peratuur, al dan niet versteld via het gebouwenbeheerssysteem (GBS) of een andere externe mogelijkheid eigenlijk gewenst omdat dan de juiste watertem- peratuur of verdampingstemperatuur berekend en ingesteld kan worden. Door toepassing van koeltorens is de condensatietemperatuur in de ontwerpsi- tuatie met een watergekoelde koelmachine, gunstiger dan bij een luchtgekoelde condensor. Bij lagere buitencondities dan waar in het ontwerp rekening mee is gehouden, kan ook de condensatiedruk dalen, waardoor het benodigde vermogen voor de compressor wordt verlaagd. De minimumtemperatuur en -druk in de conden- sor waarbij men nog kan draaien, zijn echter afhankelijk van het ontwerp van de koelmachine. Ais de minimumwaarde wordt bereikt, kan niet verder worden geprofiteerd van de verkleining van het temperatuurverschil tussen verdamper en condenser. Nadeel is wei dat een koeltoren vaak niet beneden 0 DCkan functioneren. voo: veel comforttoepassingen kan een koeltoren een interessante energiebesparing zijn, maar het moet wei economisch haalbaar zijn. De benodigde waterbehan- deling en certificering van koeltorens is gedurende de levenscyclus van koelto- rens een kostenpost die wei betaald dient te worden. 4.10.2 DEELLAST BEDRIJF Voor een lager energieverbruik zijn er ook nog de mogelijkheden om de koel- machine in deellast te laten draaien. Grotere koelmachines zijn vaak uitgevoerd met meerdere compressoren, die in cascade worden geschakeld. Met behulp van een toerenregeling op de compressormotor kan nog verder worden terug- geregeld. 4.10.2.1 CAPACITEITSREGELING DOOR SCHAKELEN AANTAL COMPRESSOREN OF CILINDERS Er zijn verschillende capaciteitsregelingen waarvan de aan/uitvariant het ge- makkelijkst is, maar ook het minst nauwkeurig. Het is immers alles of niets (0 of 100%). Het op- en afschakelen van verschillende compressoren op een koelsysteem geeft ook een verbetering ten opzichte van het aan/uitschakelen van een com- pressor: 0-50-100% of 0-40-60%,0-33-66-100%. Capaciteitstrappen zijn dan ook mogelijk. Ais men meerdere koelsystemen met verschillende capaciteiten compressoren uitvoert, zijn er diverse capaciteiten denkbaar. Stel koelsysteem van 300 kW van twee koelsystemen (100 kW en 200 kW) deze koelsystemen regelen met een 0-33-66-100%-regeling (verschillende compressoren of cilinderafschakeling), dan zijn er diverse combinaties mogelijk.7363_040 - 69-

a..Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 Figuur 77 Tandemcompressoren 4.10.2.2 PERSGASCAPACITEITSREGELINGCOMPRESSOREN Dit regelsysteem, dat energie vernietigt en dus niet vaak meer wordt toegepast, wordt gebruikt als de zuigdruk een constante waarde moet behouden in een deeliastsituatie van de koelinstaliatie. Ais de zuigdruk te veel daalt, dan perst de persleiding een gedoseerde hoeveelheid persgas naar de zuigzijde van de compressor. Om te voorkomen dat de persgassen te warm worden, moeten er maatregelen genomen worden, zoals een eventuele inspuiting op de verdam- per in plaats van op de compressor. Ais de instaliatie in omloop (bypass)bedrijf staat, is er minder nuttig eftectief koelvermogen beschikbaar voor de instaliatie. 4.10.2.3 CAPACITEITSREGELING DOOR TOERENREGELING OP COMPRESSOREN Om de capaciteit van zuigercompressoren en schroefcompressoren en som- mige scrolicompressoren te regelen is het ook mogelijk om met behulp van bijvoorbeeld frequentieregelaars de compressor op en at te toeren. Bij een lager toe rental wordt de hoeveelheid aangezogen koelgas kleiner en zal dus ook de koelcapaciteit kleiner worden. Bij een hoger toerental is er zelfs meer capaciteit uit dezelfde compressor te krijgen, omdat met een frequentierege- laar de frequentie kan oplopen tot 60 Hz in plaats van de 'normale' 50 Hz. Het aanlopen van een compressor kost eigenlijk het meeste vermogen en met een frequentieregelaar is het aanloopkoppel ook te be\"invloeden, zodat de compres- sor gemakkelijk op toeren kan komen. Niet elke (zuiger)compressor is geschikt voor aansturing met een frequentiere- gelaar. De fabrikant of leverancier kan aangeven of en in welk werkgebied de compressor geschikt is om bedrijfszeker te kunnen functioneren. De energie- besparing door deze methode is significant en maakt de dure, gecompliceerde eerdergenoemde capaciteitsregelingen in de meeste gevalien eigenlijk overbodig. De energiebesparing rechtvaardigt in de meest voorkomende gevalien de ho- gere investering van een goede frequentieregelaar.7363_040 - 70-

aReed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 4.10.3 (EXTRA) ONDERKOELING VAN HET KOUDEMIDDEL Onderkoeling noemen we ook wei subcooling.Tijdens normaal bedrijf komt het vloeibare koudemiddel zonder extra voorzieningen op condensatietempera- tuur (met enkele graden onderkoeling) weer via het expansieorgaan naar de verdamper. Door het toepassen van een extra onderkoeler is het mogelijk om de vloeistof uit de condensor extra te onderkoelen (met een gekoelde platen- wisselaar). Deze extra onderkoeling bespaart energie omdat het een extra 'koelcapaciteit'van dezelfde verdamper kan geven. De benuttingsgraad van de verdamper wordt hoger en hierdoor neemt het nuttig koeleffect toe. 4.10.4 VRIJE KOELING Vaak zijn klimaatinstallaties voor het comfort bedoeld. Echter, als er ook in de winter gekoeld water nodig is, bijvoorbeeld in ziekenhuizen of datacentra, dan is het mogelijk om bij een voldoende lage buitentemperatuur gebruik te maken van vrije koeling met bijvoorbeeld droge koelers. Bij een systeem met een koeltoren kan de koelmachine worden uitgeschakeld en kan de deze door waterverdamping zorgen voor een voldoende lage tem- peratuur. Bij koelmachines met luchtgekoelde condensor kan men bij sommige fabrikanten kiezen voor een extra warmtewisselaar voor vrije koeling. Uiteraard is er voor vrije koeling met droge lucht een kleiner aantal uren in een jaar beschikbaar dan bij vrije koeling in een koeltoren met verdamping van water. Het koelen met een koeltoren onder 0 DC vereist echter meer voorzienin- gen dan een droge koeler. In een droge koeler moet altijd antivries (bijv. glycol) toegepast worden om bevriezing van de koudedrager te voorkomen.7363_040 Figuur 78 Koeltoren 4.10.5 WARMTETERUGWINNING De condensorwarmte die vrijkomt door het koelproces van het koelsysteem kan hergebruikt worden, bijvoorbeeld voor het verwarmen van water (cv-installatie, warmwater in keukens, douches, zwembadwater e.d.). In de condensor komt de warmte op een relatief lage temperatuur vrij, waardoor de toepassingsmogelijk- heden worden beperkt. Echter door koeltechnische aanpassingen en eventueel - 71 -

a Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 extra koeltechnische appendages en/of aanpassing van de regeltechniek is het mogelijk om hogere condensatietemperaturen te gebruiken als er een warmte- vraag is. De condensorwarmte is terug te winnen met een warmtewisselaar, die de energie uit de persgassen kan overbrengen naar de warmtegebruiker. Het aandeel van de persgaswarmte en het voordeel van de energiereductie is dan afhankelijk van het soort koudemiddel, compressor en de soort warmtebehoefte en de transportafstand/traject van de leidingen. 4.11 SAMENVATTING Koeltechniek toepassen in de klimaattechniek is een must! Zonder koeltechniek is bijna geen ontvochtiging of een behaaglijk binnenklimaat te realiseren. De klimaattechnisch ontwerper heeft een ongekende keuze aan apparaten, fabri- kanten en (koel)technische mogelijkheden. Leidraad in de keuzes moeten zijn: de wettelijke mogelijkheden, het milieu, de enerqle-efflclentle, kwaliteit en de uitgangspunten in het programma van eisen. Daarnaast is het vaak een uitdaging om binnen het gestelde budget te blijven. De uitgangspunten en keuzes moeten vooraf gedefinieerd worden: Wat zijn de binnen- en buitencondities? Definieer temperatuur en rela- tieve vochtigheid; Bepaal de opstelplaats van de machines. Bepaal kritisch het aandeellatent en voelbaar koelvermogen. Bepaal (water)temperatuurtrajecten bepalen. Kies niet altijd standaard voor lage waarden. Bepaal de soort koelmachine en compressoren (afhankelijk van de gewenste koelcapaciteit). Maak de keuze voor het koudemiddel afhankelijk van wat is toegestaan en technisch gewenstlmogelijk is. Bepaal of regelbaarheid van de compressoren of de gehele koelma- chine gewenstlmogelijk is. Is energieprestatie van compressoren en de condensor e.d. zo hoog mogelijk? Comfort of 24/7/365 bedrijf? Is vrije koeling gewenstlmogelijk? Is warmteterugwinning gewenstlmogelijk? Wat is het benodigde budget? 4.12 VERWARMINGSTECHNIEK 4.12.1 WARMTEVERLIESBEREKENING Voor de bepaling van het benodigde warmtevermogen van een gebouw dient een warmteverliesberekening volgens NEN 5066 gemaakt te worden. Deze bestaat uit twee delen, namelijk het transmissie- en het ventilatieverlies. Voorts wordt afhankelijk van de bedrijfsaard ook nog een aanwarmtoeslag toegekend.7363_040 - 72-

(J.. ReedBusinessOpleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 TRANSM/SSIEVERLIES Het transmissiewarmteverlies is de som van de warmtestromen, positief en ne- gatief, door de vlakken die het vertrek begrenzen. De warmtestroom door een vlak wordt berekend door: ct> = U . A . (T. - T ) [W] t bl bu Waarin: ct>T = warmteverlies ten gevolge van transmissie in W U = warrntedoorqanqscoefflclent van het vlak in W/(m2·K) A = oppervlakte van het (netto) vlak in m2 =Tbi ontwerp binnentemperatuur in K =TbU ruimtetemperatuur van de aangrenzende ruimte of ontwerp buitentempera tuur in K VENTILATIEWARMTEVERLIES/INFILTRATIE Het ventilatiewarmteverlies wordt verkregen uit de som van de energieverplaat- sing ten gevolge van luchtstromen door het vertrek. De natuurlijke luchtstromen (infiltratie)* komen tot stand door naden, kieren, poreuze materialen en aan- gebrachte openingen. Men dient bij een ruimte rekening te houden met een minimale luchtverversing volgens het Bouwbesluit en de Arbo-richtlijnen. Indien gebruikgemaakt wordt van mechanische ventilatie, is het benodigde warmtevermogen te berekenen met: Waarin: ct>v = warmteverlies t.g.v. ventilatie in W <Pv = massastroom ventilatielucht in dmvs p = soortelijke massa van de ventilatielucht in kg/dm3 C = soortelijke warmte van de ventilatielucht in J/kg.K =Tbi ontwerp inblaas- of ruimtetemperatuur in K =TbU ontwerp buitentemperatuur in K * Infiltratie Hierbij wordt onderscheid gemaakt in utiliteitsgebouwen die voldoen aan NEN 2689 of niet. Voldoet aan NEN Voldoet niet aan NEN 2689 2689 qv [m3/sper m2 qv [m3/sper m2 geveloppervlak] geveloppervlak Windsnelheidsgebied qv [m3/sper m2 Windsnelheidsgebied Niet te openen Te openen ramen geveloppervlak] ramen Binnenland 0,0009 Binnenland 0,002 0,003 Kustgebied 0,0014 Kustgebied 0,0035 0,005 Den Helder e.o. 0,0021 Den Helder e.o. 0,005 0,007 Tabel27363_040 - 73-

a Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 In de praktijk worden deze berekening gemaakt met behulp van een computer- programma, van bijvoorbeeld VASI. AANWARMTOESLAG De op deze wijze berekende waarden hebben betrekking op het in stand hou- den van de binnentemperatuur. Na een periode van verlaagde binnentempera- tuur is er een grotere energiebehoefte. Immers nu moet niet aileen het warmte- verlies gecompenseerd worden, maar ook de massa van de binnenomgeving moet opgewarmd worden. Dit vergt extra energie, die ook nog binnen een redelijk tijdsbestek geleverd moet worden. De benodigde overcapaciteit wordt bepaald door een toeslagfactor. Deze toeslag is afhankelijk van de nachtverlaging, zwaarte van het gebouw en accumulerende oppervlakte. Het totale vermogen van de warmteopwekking wordt dus bepaald door de som van het transmissiewarmteverlies en het ventilatiewarmteverlies vermeerdert met de aanwarmtoeslag <J>o.7363_040 4.12.2 CENTRALE VERWARMING In veel gebouwen wordt een centrale verwarmingsinstallatie aangelegd met radiatoren voor de dekking van de warmte- en infiltratieverliezen. We zullen niet het dimensioneren van dergelijke systemen in deze lesstof behandelen, doch wei kort stilstaan bij de keuze van de aanvoertemperatuur en de consequenties. TRADITIONELE EN LAAGTEMPERATUURSYSTEMEN Steeds meer wordt gebruikgemaakt van zogenaamde \"Iaag\"temperatuur ver- warmingsystemen in plaats van de traditionele 80/60 (80 DC aanvoerwater- en 60 DC retourwatertemperatuur). Deze laagtemperatuursystemen werken meestal met een aanvoertemperatuur tussen de 60 en 40 DC, komend van een warmtepomp al dan niet in combinatie met bodemopslag. Vaak wordt bij dit soort objecten dan ook extra aandacht besteed aan de bouw- fysische eisen van het gebouw, zodat het verlies door transmissie lager ligt dan bij de normale bouw. WARMTEAFGIFTE RADIATOREN De meeste fabrikanten geven tabellen met de warmteafgifte op basis van 80/60. Er zal dus bij afwijkende watertemperaturen een correctie moeten volgen. In- dien er geen correctie bekend is, kan gebruikgemaakt worden van de volgende berekeningsmethode: - 74-

(J.. Reed Business OpLeidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 1. P,ad = b To m en 2. P,ad = k·A· To (aileen bruikbaar als de k-factor van de radiator bekend is). Waarin: P,ad = het vermogen (warmteafgifte) in W, b = constante van deze radiator, To = de overtemperatuur, ofwei het verschil tussen de gemiddelde temperatuur van de radiator met de omgeving, m = de m-waarde van de radiator (standaard 1,2 - 1,35). De m-waarde geeft een indicatie van de verhouding tussen stralingswarmte en convectie en wordt meestal in de documentatie van de fabrikant vermeld. BEREKENING RADIATORVERMOGEN BIJ ANDERE OVERTEMPERATUUR Indien we van een andere overtemperatuur uitgaan, dan kunnen we het nieuwe radiatorvermogen afleiden uit: m ( Jp _p . T2 md2 - md, ~ Bij grote verschillen in temperatuur ten opzichte van de uitgangswaarden moet men het logaritmische temperatuurverschil invullen voor 92: (7:T = Cr;,-~) In L -7;) n (Tr ~~) Waarin: Ta = temperatuur van de cv-aanvoer T, = temperatuur van de cv- retour T, = temperatuur van de omgeving Voorbeeld: 8tel een radiator heeft volgens de fabrikant een vermogen van 2500 W bij 80/60 en de omgevingstemperatuur (ruimte) is 20°C. De m-factor bedraagt 1,28. U wilt dezelfde radiator gebruiken voor een watertemperatuur traject 50/40. Wat wordt dan het beschikbare vermogen van de radiator? De overtemperatuur bij 80/60 bedraagt: {(BO; 60 )}- 20 = 50°C De overtemperatuur bij 50/40 bedraagt: {(50;40 )}-20 = 25°C Op basis van het logaritmisch temperatuurverschil is dit: (50-40) =Tin (50-20) = 24,7 °C L _:___--'- n(40-20) Er is dus geen noemenswaardig verschil tussen beide berekeningen van de overtemperatuur.7363_040 - 75 -

(J... Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 De radi.atorconstante bedraagt =b= =25DO -2- 500 = 16,7. -1 28 50'· 149:5 = =Nu is P nieuw: P 16,7 X 251,26 1028 W Hieruit valt te concluderen dat in de (ver)nieuw(d)e situatie het radiatorvermo- gen met een factor 2,5 is afgenomen. Indien de transmissie niet minder gewor- den is, zal dus radiatorcapaciteit bijgeplaatst moeten worden. Een andere mogelijkheid is gebruik te maken van de grafiek uit figuur 79.7363_040 - 76 -

a Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 -, I~I · \ II II[\ \ Ii \ I\ I 1 ~\ I \~II 1\ _\ ~ \~. 1\ I : L I·~ x ',\Ii IN\"' '. \, ,. \ \ 1\, Figuur 797363_040 - 77-

(J.. Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 Opmerking: Een praktisch aandachtspunt is dat bij een lage aanvoertempe- aratuur « 40 45 DC)het convectie-aandeel van de radiator tot nul is gereduceerd en we dus uitsluitend nog stralingswarmte hebben. 4.12.3 BRANDSTOFFEN Alvorens we inzoomen op het verbrandingsproces staan we stil bij de brandstoffen die zoal gebruikt worden in Nederland. GASVORMIGE BRANDSTOFFEN Aardgas Aardgas is een mengsel van gassen, die voor het merendeel bestaan uit kool- waterstofverbindingen. De samenstelling van aardgas is gebonden aan de plaats van herkomst, maar bestaat altijd voor het grootste deel uit methaan CH4 (81,3%) en stikstof N2 (14,35%). Voor een volledige specificatie van de samenstelling Gronings aardgas, zie bijlage 1. Het gas wordt ons via een landelijk gasnet toegevoerd. Via een transportnet, druk van 40 tot 60 bar, komt het gas bij de energiedistributiebedrijven, die de druk uiteindelijk verlagen naar 8 bar en in sommige gebieden zelfs naar 3 of 4 bar. Uiteindelijk wordt dit naar de meeste gebruikers nog verlaagd op een minieme overdruk van 25 tot 100 mbar (woonhuizen 30 mbar, 7 DC). Propaan Propaan is een van de producten die vrijkomt bij de destillatie van aardolie. Dit product wordt in vloeibare vorm opgeslagen (bolvormige tanks) en ook in die aggregatietoestand vervoerd en afgeleverd. Naast de vloeibare vorm is pro- paan ook gasvormig in de tank aanwezig. Bij het onttrekken van het gas zal door geringe afkoeling condens ontstaan. Door de gasdruk te verlagen met een reduceerventiel, zodat het gas onverzadigd wordt, kan dit worden voorkomen. Propaan wordt meestal toegepast in de gebieden waar zich geen aardgasnet bevindt. WOBBE-INDEX Bij de eigenschappen van gasvormige brandstoffen is van belang te weten, dat er een eenheid bestaat die de uitwisselbaarheid van gassen inzichtelijk maakt. Dit is de Wobbe-index. Deze is gelijk aan de verbrandingswaarde (H) gedeeld door de vierkantswortel uit de relatieve dichtheid van het gas ten opzichte van lucht, ofwei:7363_040 - 78-

(].. Reed Business Opleidingen Warmte- en koudeproductie Kli-C 4 7363_040 w= w Jd, [Jv/1TI3] Gassen met dezelfde Wobbe-index hebben overeenkomstige verbrandingsei- genschappen en kunnen in dezelfde brander verbrand worden. Worden deze gassen onder dezelfde druk aan de brander toegevoerd, dan is de belasting (B) van de brander in die gevallen gelijk. VLOEIBARE BRANDSTOFFEN Deze zijn te onderscheiden in twee hoofdgroepen, namelijk: a. destillaten, dat wil zeggen producten, die door verdamping van aardolie zijn verkregen. Hiertoe behoren kerosine of petroleum, gasolie; ook bekend als dieselolie en huisbrandolie (HBOI), zware gasolie; in de markt bekend als dunne stookolie of huisbrandolie II (HBOII); b. residu's; deze kunnen niet worden verdampt. In ons land wordt dit als zware stookolie (400, 800 en 3500) verkocht. Het getal geeft de viscositeit aan van de olie. c. bio-olie; bio-olie is een verzamelnaam voor een mengsel dat bestaat uiteen aantal verschillende soorten plantaardige olie en vet die specifiek kunnen worden gebruikt voor de productie van duurzame energie. Bio-olie heeft een aantal specifieke kenmerken waardoor deze tot de schone en duur- zame brandstoffen mag worden gerekend. Belangrijkste is dat de bio-olie CO2-neutraal genoemd mag worden. Dit wil zeggen: er wordt niet meer CO2 uitgestoten dan er door de grondstoffen van de bio-olie eerst zijn opgenomen. Opmerking: De brandstof HBOI wordt ook nog toegepast als alternatief voor aardgas en/of propaan. VASTEBRANDSTOFFEN Tot de meest bekende behoren hout en de diverse kolensoorten (cokes). De voornaamste bestanddelen van de vaste brandstoffen zijn koolstof (C), water- stof (H) en zuurstof (0). Daarnaast zit er meestal ook nog een kleine hoeveel- heid zwavel (S) en stikstof (N) in. Ais verwarming wordt dit niet meer gebruikt, maar nog wei bij de opwekking van elektriciteit, zoals kolencentrales (> 20%) en biocentrales (4%), waarbij hout als fractie wordt gebruikt. Vaste brandstoffen zijn meestal van houtachtig materiaal. Deze zijn vaak klein- gemaakt tot snippers (chunks en chips) en pellets. Daardoor zijn ze ge mak- kelijk te transporteren en te verwerken. De trend de laatste jaren is dat deze brandstoffen weer vaker in kleinschalige installaties worden ingezet als (bio)- brandstof. Enkele voorbeelden: Houtpellets Houtpellets of houtbrok, uit schone houtvezel geperste korrels, is de meest prettige brandstof. Voordeel is weinig of geen rookontwikkeling en er is slechts 1% asvorming. Een ander bijkomend voordeel is dat houtpellets lang blijven gloeien, waardoor de ketel vanuit rust snel opstart. De prijs is iets hoger dan de - 79-