Ruim twee jaar geleden liet retailketen Plus alle nieuwe transkritische CO₂-systemen in zijn supermarkten voorzien van adiabatische bevochtiging op de gaskoeler.

Tekst: Bart van der Wekken, Robs Jans en Livio Perotta

Verneveling met sproeiers
De eerste generatie bevochtigingssystemen bestond uit een aantal sproeiers die het water vernevelden door het in tegenstroom met de aangezogen lucht in te spuiten. Als zo’n bevochtigingssysteem meer dan 70 uur per jaar in bedrijf was, moest de installateur een ‘softener’ aansluiten die ervoor zorgt dat de waterkwaliteit aan de wettelijke eisen volgens EN-98/83/EC voldoet:
• pH-waarde tussen 5,9 en 8,1
• Elektrische geleidbaarheid lager dan 1.500 µS/cm
• Chloridegehalte lager dan 200 mg/l
• Waterhardheid tussen 1,05 en 2,25 °dH

Waterverdeling via pads
Bij de nieuwe, tweede generatie bevochtigingssystemen is de gaskoeler fabrieksmatig uitgevoerd met pads die door een waterverdeelsysteem worden voorzien van de benodigde hoeveelheid water. Dit leidt ertoe dat de eis van waterbehandeling, zoals die bij de eerste generatie gold, is komen te vervallen. Afhankelijk van de omgevingstemperatuur en de RV (%) zal de effectieve aanzuigtemperatuur (°C) van de gaskoeler lager worden. Gebaseerd op de gemiddelde temperatuur- en RV-waarden (respectievelijk in °C en %) in Nederland gedurende een periode van 20 jaar (bron KNMI) zal het effect daarvan globaal de onderstaande grafiek volgen:

Op basis van deze gegevens kan het ontwerp van de installatie worden aangepast, als extra zekerheid onder extreme omstandigheden of om een kleinere machine-installatie te selecteren. Daarbij moet de huidige EIA-maatregel (220223) door RVO worden aangepast. De huidige specificaties van de EIA-maatregel (2018), waarbij wordt uitgegaan van een ontwerpdruk van 90 bar, leiden zelfs tot kleinere gaskoelers en onnodig grotere machine-installaties. Het waterverbruik kan worden geminimaliseerd door het inschakelpunt niet te laag te kiezen. 27 °C lijkt daarbij een redelijk compromis.

Boostersysysteem met bypassregeleing
In figuur 1 hieronder is het principe van de installatie weergegeven. Voor de koel- en vriesmeubelen/cellen wordt een standaard CO₂-boostersysteem toegepast met vier MT-compressoren, twee LT-compressoren en een hogedruk- en flashgas-bypassregeling. De supermarkt met het magazijn en sociale ruimtes wordt volledig verwarmd met het aan de CO₂- booster gekoppelde warmteterugwinsysteem. Er is verder geen aanvullende verwarming (bijvoorbeeld een gasgestookte CV-ketel) nodig. Het geavanceerde WTW-systeem bestaat uit een hoog- en laag temperatuurwatercircuit, respectievelijk voor de verwarming van de luchtgordijnen en de vloerverwarming. Het WTW-systeem wordt verderop uitgebreid behandeld. Zoals in figuur 1 zichtbaar is, is in de installatie een V-shape gaskoeler met pads toegepast. Op warme dagen wordt water over deze pads gevoerd waardoor de aangezogen omgevingslucht adiabatisch wordt gekoeld. Op deze wijze wordt een aanzienlijke efficiencyverbetering bereikt.

Meetgegevens op warmste dag
Bij een buitentemperatuur boven de 28 °C worden de gaskoelerpads bevloeid met water. In figuur 2 (zie hieronder) is het resultaat weergegeven op de warmste dag van dit jaar (7 augustus 2018) in Nederland. De buitentemperatuur liep toen in Gorinchem op tot 38 °C. De metingen tonen dat de gaskoelerdruk (Pgc) niet boven de 80 bar is gekomen. Een gaskoelerdruk van 80 bar komt overeen met een CO₂-gaskoeleruitredetemperatuur van 32 °C. Bij deze condities (zuigdruk To = -8 °C) heeft de MT een COP van 2. Bij vergelijkbare installaties in dezelfde regio waarbij geen adiabatische koeling wordt toepast, werden gaskoelerdrukken van circa 95 bar gemeten. Bij 95 bar hoort een CO₂-gaskoeleruittredetemperatuur van 38° tot 39 °C en een COP van 1,5. Door het pads-systeem is de COP onder deze condities toegenomen met ruim 30 procent.

Figuur 2. Meetgegevens op de warmste dag van 2018.

Vloerverwarming en luchtgordijnen
Zoals al genoemd is ook een geavanceerd WTW-systeem toegepast. De luchtverwarming bestaat uit vloerverwarming en luchtgordijnen, en heeft een eigen (hoogtemperatuur-) watercircuit. De modulerende 3-wegklep regelt de benodigde wateraanvoertemperatuur naar de luchtgordijnen. De aanvoertemperatuur is afhankelijk van de temperatuur in het kassagebied. De luchtverwarming wordt op koude dagen ondersteund met een warmtepomp. De vloerverwarming heeft een eigen watercircuit. Ook de wateraanvoertemperatuur naar de vloer wordt geregeld met een modulerende 3-wegklep, afhankelijk van de winkeltemperatuur.

Regelstappen van de WTW
De WTW heeft de volgende regelstappen:
1. De CO₂-booster wordt geregeld op maximale COP, ofwel de CO₂-gaskoeleruittredetemperatuur wordt geregeld op 2K boven de omgevingstemperatuur. De wateraanvoertemperatuur naar de lucht- en vloerverwarming wordt geregeld met de modulerende 3-wegkleppen.
2. Op koude dagen is bovengenoemde regeling niet toereikend om voldoende warmte te leveren. De luchtverwarming wordt dan ondersteund door de warmtepomp bij te schakelen. De warmtepomp onttrekt warmte uit de koude waterretourstroom van de vloerverwarming. De vloerverwarming wordt voorzien van meer warmte door de persdruk van de CO₂-boosterinstallatie te verhogen, door middel van het terugtoeren en indien nodig uitschakelen van de gaskoelerventilatoren.
3. Ook regeling 2 is op zeer koude dagen niet toereikend. De ‘statische’ warmteverliezen in de gaskoeler zijn op extreem koude dagen te groot om voldoende warmte te kunnen leveren. De laatste stap in de WTW-regeling is dan om de gaskoeler volledig te bypassen met de derde modulerende 3-wegklep. Nu wordt alle warmte van de installatie vermeerderd met het opgenomen vermogen van de warmtepomp, gebruikt voor de verwarming van de supermarkt.

Overwegingen rond de warmtepomp
Het toepassen van een warmtepomp is afhankelijk van de energiebalans van de betreffende supermarkt. Bij aanwezigheid van vloerverwarming kan de warmtepomp op effectieve wijze aan de WTW van het transkritische CO₂-systeem worden gekoppeld. Zie hiervoor de eerder genoemde omschrijving hiervan. Als uitsluitend luchtverwarming wordt toegepast, is de koppeling van de warmtepomp aan het transkritische CO2-systeem een dure elektrische naverwarmer en kan ook worden volstaan met uitsluitend een elektrische naverwarmer (van voldoende vermogen) in combinatie met drukverhoging van het CO₂-systeem. Een nadeel van de warmtepomp is de toepassing van HFK-koudemiddel. De prijsontwikkelingen van deze gassen zijn redelijk zorgwekkend, en ze pleiten er in ieder geval voor om een laag-GWP-koudemiddel te kiezen en attent te zijn met betrekking tot lekdichtheid.

Over de auteurs
Bart van der Wekken werkt bij Koning Koudetechniek, Livio Perotta bij Lu-Ve, en Rob Jans is eigenaar van adviesbureau Coolsultancy.

Meer informatie
• M.b.t. gaskoelers: Bart van der Werf, Recupair Nederland B.V.
• M.b.t. CO₂-transkritische koelinstallaties: Bart van der Wekken, Koning Koudetechniek B.V., www.koningkoudetechniek.nl
• M.b.t. Advies over CO₂-transkritische supermarktkoelinstallaties: Rob Jans, Coolsultancy B.V., www.coolsultancy.nl

Het originele artikel vind je op koudeenluchtbehandeling.nl: Adiabatische bevochtiging op een gaskoeler bij supermarkten