KOELING

Koeltechniek is de verzameling van oplossingen om ruimtes, voorwerpen en stoffen af te koelen en koel te houden en komt altijd neer op het ontrekken van warmte en deze op een andere plaats weer af te staan. Kort samengevat kan koeling op twee verschillende manieren plaatsvinden. De eerste manier maakt gebruik van stoffen die al een lagere temperatuur hebben, bijvoorbeeld door water of lucht te gebruiken voor het koelen.

 
De meest toegepaste koeling in ons land is airconditioning. In de utiliteitsbouw vindt een volgende ontwikkeling plaats in de toepassing van warmtepompen in combinatie met warmte- en koudeopslag. Adiabatische koeling en absorptiekoeling zijn momenteel aan het opkomen. In deze themapagina wordt aan al deze koelsystemen aandacht besteedt en worden ook de milieueffecten van koudemiddelen behandeld.

Terminologie
Naast de term airconditioning, of afgekort airco, zijn de termen klimaatregeling, klimaatregelaar, luchtregelaar  voor installaties voor gebouwen ook gangbaar.

 
Basisprincipe 
Een airconditioner regelt de temperatuur, de luchtbeweging en de onttrekt vocht aan de lucht. Koeling van de lucht gebeurt op basis van het onttrekken van warmte. Daarmee werkt een airconditioner eigenlijk volgens hetzelfde principe als een koelkast, het principe van de warmtepomp of koelmachine.

 
Airconditioners maken gebruik van een koelmiddel, een vloeistof met een erg laag kookpunt dat snel in een gas verandert. Deze chemische stof wordt gebruikt om warme lucht van binnen naar buiten te verplaatsen. Het bevindt zich in een gesloten systeem in de airco.

 
De unit
Alle airconditioners werken in principe hetzelfde en bestaan uit een binnen- en een buitendeel. De binnenunit zuigt de warme lucht op. Een koelmiddel, dat voortdurend in het systeem wordt rondgepompt, komt in de vorm van gas in de compressor terecht, waar het samengedrukt wordt. Het gas wordt onder de hoge druk een hete vloeistof. Dit gas wordt via koperen leidingen naar de condensor gevoerd, die in het buitendeel is opgesteld. In de condensor (warmtewisselaar), die koel gehouden wordt met lucht, water of een combinatie van beide, wordt de opgevangen warmte afgegeven aan de buitenlucht, waarna het gas weer in een koelvloeistof verandert. Dit koelmiddel condenseert en vloeit terug naar de verdamper, waar het terug verdampt in een koud gas onder lage druk. Na afkoeling wordt de gekoelde lucht met de juiste temperatuur weer de ruimte ingeblazen.

Principe
Bij WKO wordt gebruik gemaakt van de buffercapaciteit van de aarde. De temperatuur onder de grond blijft redelijk constant, ondanks de sterk wisselende buiten temperatuur in de zomer en winter. Bovendien is de grond in staat energie op te nemen of af te staan, zonder zelf veel in temperatuur te veranderen. Een grondwarmtewisselaar is een ondergronds gesloten buizenstelsel waar een vloeistof (mees tal water met antivries) doorheen wordt gepompt. Door het rondpompen door de wisselaar krijgt de vloeistof dezelfde temperatuur als die van de grond eromheen. In de winter haalt de warmtepomp de warmte uit het water en geeft deze af aan de woning. Het afgekoelde water wordt weer door het ondergrondse systeem geleid waar het energie kan opnemen uit de grond. In de zomer werkt het proces andersom. Dan haalt de warmtepomp warmte uit de woning en wordt deze aan de aarde afgegeven.

 
Twee systemen

• Verticaal gesloten bron systeem: hier wordt een put geslagen tot een diepte van 80 meter. Het voordeel van dit systeem is dat het weinig oppervlak nodig heeft. Het nadeel is wel dat het duurder is in aanschaf;
• Horizontaal gesloten bron systeem: hier wordt een horizontaal leidingenstelsel op minimaal 1,5 meter diepte aangelegd. De oppervlakte van dit stelsel moet ongeveer 3 keer de oppervlakte zijn van het totale te verwarmen oppervlak. Het systeem is vooral interessant als het samen gaat met de aanleg van de ruimte rondom de woning (tuin/parkeergelegenheid).

 
Onderdelen
Een WKO systeem bestaat daarmee uit een put of een horizontaal leidingennet, de warmtepomp, een lage temperatuursafgifte verwarmingssysteem en een boiler voor warm tapwater.

 
Toepassingen
WKO systemen moeten geïntegreerd worden met het verwarmings- en warmwatersysteem en is alleen geschikt voor lage temperatuursafgifte systemen (vloerverwarming en luchtverwarming). Hierdoor is WKO aan te raden bij nieuwbouw, bij renovatie of in de enkele situatie waar het gemakkelijk geïntegreerd kan worden met een huidig systeem in bouwprojecten als kleine utiliteitsbouw, individuele woningbouw, kleine appartementen complexen en bedrijven met lage temperatuursvraag zoals veeteelt en zwembaden.

 
Bron: Greenchoice

'Adiabaat' betekent warmtedicht en adiabatische koeling is de benaming voor het proces om lucht adiabatisch te bevochtigen. Andere namen hiervoor zijn verdampingskoeling en evaporative cooling.

 
Directe adiabatische koeling
Als water verdampt, verhoogt dit de luchtvochtigheid en wordt de verdampingsenergie onttrokken aan de lucht, waarbij de temperatuur daalt. Dit heet adiabatische koeling. Wanneer de vochtige, gekoelde, lucht wordt teruggevoerd naar de gebruiksruimte, dan spreekt men van directe adiabatische koeling.

 
Indirecte adiabatische koeling
De vochtige gekoelde binnenlucht uit de directe adiabatische koeling kan ook worden gebruikt om een gescheiden tweede  luchtstroom te koelen die onttrokken wordt aan de buitenlucht. Deze techniek heet indirecte adiabatische koeling. Hierbij wordt de afgezogen lucht bevochtigd en daardoor afgekoeld. Een warmtewisselaar draagt deze koude over aan de inblaaslucht. Op deze manier wordt er geen extra vocht toegevoerd in het gebouw. De absolute luchtvochtigheid van de inblaaslucht is lager dan bij een direct adiabatische koeling en geeft een hoger comfort.

 
Voor- en nadelen
Deze vorm van koeling heeft als groot voordeel dat er alleen energie nodig is voor de ventilator die de lucht naar de gebruiksruimte pompt, wat vaak toch al wordt gedaan (mechanische ventilatie). Verder is er als koudemiddel water nodig en dat wordt ook als een milieuvriendelijk voordeel beschouwd. Een nadeel van adiabatische koeling is dat het koelpotentieel afhankelijk is van de relatieve vochtigheid van de afzuiglucht. Als die hoog is verdampt er maar weinig vocht, waardoor de afkoeling van de aangezogen lucht minimaal is.

Sorptiekoeling
De term sorptiekoeling wordt als verzamelnaam voor zowel adsorptie- als absorptiekoeling gebruikt.

 
Absorptiekoeling
De meest bekende is absortiekoeling. Absorptie werkt door de chemische aantrekkingskracht tussen water en lithiumbromide dat met warmte op gang wordt gebracht. De koelinstallatie heeft een hoge aandrijftemperatuur van minstens 80/90ºC en is daardoor erg geschikt in situaties met afvalwarmte van hoge temperatuur, bijvoorbeeld een warmtekrachtinstallatie. Zo staan op het Mediapark in Hilversum diverse absorptiekoelmachines in combinatie met enorme warmtekrachtinstallaties. Absorptiekoelmachines kunnen ook worden gekoppeld aan zonnecollectoren, maar dan moet de zon erg krachtig zijn. Dit systeem is dan ook toe te passen in de hete gebieden in de wereld waar geen elektriciteit voorhanden is.

 

 
Adsorptiekoeling
Bij het tamelijk nieuwe adsorptieprincipe vormt een waterabsorberende vaste stof de basis. Zo kan silicagel, een keramische stof, water opnemen en afgeven. Het hart van de machine bestaat eigenlijk uit twee modules omdat het adsorptieprincipe twee fases kent. Bij de eerste fase wordt aan de bronzijde, het gekoeld watercircuit, warmte onttrokken door verdamping van water. Silicagel neemt het verdampte water op. Daarbij komt warmte vrij die moet worden afgevoerd. Na enkele minuten zijn de silicagel-korrels verzadigd en begint de van droging met bijvoorbeeld zonnewarmte. De vrijkomende waterdamp condenseert in een condensor en stroomt terug naar de verdamper. Na enkele minuten kert het proces om en komt er weer gekoeld water vrij, een zogenaamd cyclisch proces. Er wordt door producten gewerkt aan een gasgestookte warmtepomp op basis van zeoliet.

 
Bron: Gawalo, Thema Duurzaam installeren

Het koudemiddel is de stof die in koelinstallaties als medium wordt gebruikt voor het transport van warmte. Er bestaan twee hoofdtypen koudemiddelen, synthetische koudemiddelen  en natuurlijke koudemiddelen. De synthetische tasten de ozonlaag aan en hebben een sterk broeikaseffect. Gemiddeld lekt ongeveer 2 tot 5% van het koudemiddel weg per jaar. Dit is zeer belastend voor het milieu. Om deze redenen worden ze uitgefaseerd.

 
 
 
Onderverdeling koudemiddelen

• Synthetische koudemiddelen met als onderverdeling:
• • (H)CFK: chloorfluorkool(water)stoffen hebben een sterk ozonlaagafbrekend effect. De Europese ozonverordening regelt daarom de uitfasering van fabrikage en het gebruik van zogenaamde gereguleerde stoffen. Ook geeft de verordening een grondslag voor eisen aan inspectie en onderhoud en aan diplomering van personen die met gereguleerde stoffen mogen werken;
  • HFK: fluorkoolwaterstoffen hebben een sterk broeikaseffect. De Europese F-gassenverordening stelt vergelijkbare regels aan inspectie en onderhoud en diplomering. Vooralsnog is geen sprake van een uitfasering van HFK's.
• Natuurlijke koudemiddelen hebben de negatieve milieueffecten van synthetische koudemiddelen in geval van lekkage niet. In de meeste toepassingen blijken systemen met natuurlijke koudemiddelen minder energie te verbruiken dan systemen met synthetische koudemiddelen. Vanuit milieuoogpunt zijn de natuurlijke koudemiddelen daarom een beter alternatief. Om die reden zijn er ook subsidieregelingen die het overgaan op natuurlijke koudemiddelen stimuleren. Onderverdeling:
• • Ammoniak (NH₃): moderne ammoniak installaties bij de bedrijven hebben een veel geringere ammoniak-inhoud dan in het verleden; meestal worden ammoniak (NH₃) en CO₂ gecombineerd (cascadesystemen). Slechts in bijzondere gevallen zal de ammoniakinhoud in de richting van 1.000 à 1.500 kg gaan. Bij het gebruik van 1.500 kg of meer aan ammoniak als natuurlijk koudemiddel gelden er wel nog specifieke eisen aan de afstand tot woningen.
  • Propaan (C₃H₈) en isobutaan (C₄H₁₀): het gebruik van propaan en isobutaan als koudemiddel komt veel voor in kleine systemen, zoals koelkasten, aggregaten. Bij grote systemen vormt de explosiviteit een gevaar en dient men extra veiligheidsmaatregelen te treffen. Men kan ook overstappen naar een cascadesysteem.
  • CO₂: het gebruik van CO₂ als koudemiddel komt veel voor in met name industriële koelinstallaties. Koolstofdioxide, ook bekend onder de namen koolzuur, kooldioxide of R744, is een molecuul dat uit één koolstof en twee zuurstofatomen wordt samengesteld. De chemische formule CO₂ wordt meestal gebruikt om koolstofdioxide aan te duiden.

 
Agentschap NL heeft een tabel waarin u ziet tot welke hoofd- en subgroep een bepaald koudemiddel behoort. Officieel goedgekeurde koudemiddelen hebben een code die begint met een R.  

NBD Themanieuwsbrief Ventilatie en koeling
Verschillende leveranciers tonen hier de nieuwste product- en systeemontwikkelingen op het gebied van ventilatie en koeling. 
 

NEW wil dat duurzame koude meetelt in milieudoelstellingen
Het Nationale Expertisecentrum Warmte heeft met twaalf Europese Partners subsidie aangevraagd voor een project met duurzame koude. Met het project R-cool wil het expertisecentrum bevorderen dat duurzame koude gaat meetellen voor het halen van de Europese klimaatdoelstellingen.

 
Airconditioning zonder ventilatoren
Adviesbureau Peutz heeft een testmodel gebouwd van de klimaatcascade. De uitvinding van TU Delft promovendus Ben Bronsema is een warmtewisselaar die zonder ventilatoren toch voor koeling, verwarming en ventilatie zorgt. De eerste meetresultaten zijn positief.

A
Absorptiekoeling: werkt door de chemische aantrekkingskracht tussen water en lithiumbromide dat met warmte op gang wordt gebracht.

 
Adiabaat: warmtedicht.

 
Adiabatische koeling: is de benaming voor het proces om lucht adiabatisch te bevochtigen. Als water verdampt, verhoogt dit de luchtvochtigheid en wordt de verdampingsenergie onttrokken aan de lucht, waarbij de temperatuur daalt.

 
Adsorptiekoeling: werkt doordat silicagel, een vaste stof, water opneemt en afgeeft .

 
Airconditioning of afgekort airco: een airconditioner regelt de temperatuur, de luchtbeweging en de onttrekt vocht aan de lucht. Koeling van de lucht gebeurt op basis van het onttrekken van warmte.

 
B
Binnenunit: deel van de airconditioning dat de warme binnenlucht opzuigt.

 
Buitenunit: deel van de airconditioning dat de warmte aan de buitenlucht afgeeft.

 
C
Cascadesysteem: is een systeem waarin meerdere temperatuursystemen worden gekoppeld om een groter vermogen te bereiken.

 
Condensor: warmtewisselaar.

 
E
Evaporative cooling: adiabatische koeling.

 
G
Grondwarmtewisselaar: is een ondergronds gesloten buizenstelsel waar een vloeistof (meestal water met antivries) doorheen wordt gepompt.

 
H
Horizontaal gesloten bronsysteem: systeem voor koudeopslag.

 
K
Klimaatregelaar, klimaatregeling: airconditioning.

 
Koelmiddel: vloeistof dat zeer gemakkelijk warmte opneemt en afgeeft. Een verwarmd koelmiddel verandert in gas en afgekoeld condenseert het in vloeistof.

 
Koudemiddel: is de stof die in koelinstallaties als medium wordt gebruikt voor het transport van warmte.

 
Koudeopslag: i.c.m. warmtepomp afgekort WKO. Koudeopslag maakt gebruik van de capaciteit van de aarde om warmte op te nemen.

 
L
Lage temperatuursafgifte systemen: vloer- en warme lucht verwarming.

 
Luchtregelaar: airconditioning.

 
N
Natuurlijke koudemiddel: heeft het negatieve milieueffect van synthetische koudemiddelen niet.

 
S
Sorptiekoeling: de term sorptiekoeling wordt als verzamelnaam voor zowel adsorptie- als absorptiekoeling gebruikt.

 
Synthetisch koudemiddel:  tast de ozonlaag aan en heeft een sterk broeikaseffect.

 
V
Verdampingskoeling: adiabatische koeling.

 
Verticaal gesloten bronsysteem: systeem voor koudeopslag.

 
W
Warmtepomp: systeem van warmte- en koude opslag.

 
Warmtewisselaar: apparaat dat warme lucht afkoelt met koude lucht, water of een combinatie van beiden.