Klik hier voor het complete artikel in PDF formaat

ADSORPTIE
RCC Koude & luchtbehandeling
Tekst: ir. Rob ter Steeg en ing. Maarten Vos
Modulaire adsorptiekoeling:
koeling genereren uit warmte
Met de toenemende druk op het gebruik van koudemiddelen en de groeiende
interesse voor energiebesparing en duurzaamheid, komt er ook meer belangstelling voor alternatieve koeltechnieken. Adsorptiekoeling is een interessante
variant daarvan; het gaat om koeltechniek waarbij warmte wordt gebruikt om
koeling te genereren.
A
dsorptietechniek heeft een
aantal aantrekkelijke kenmerken. Er kan gebruik
worden gemaakt van warmte op
een relatief lage temperatuur (vanaf
zo’n 60°C), en door het gebruik van
restwarmte is er sprake van een erg
laag elektriciteitsgebruik (bijvoorbeeld in het geval van de SolabPump adsorptiechiller: circa 25 W
voor zo’n 4,5 kW koeling) . Installaties kunnen bovendien gebouwd
worden in standaard productieprocessen, zonder gebruik van milieubelastende materialen, en afgezien
van een aantal controlekleppen zijn
er geen bewegende delen nodig.
Om de technologie optimaal te
kunnen benutten, moet aan een
aantal randvoorwaarden worden
voldaan. Ten eerste moet er voordelige warmte beschikbaar zijn. Dit
kan warmte zijn van industriële
processen, maar bijvoorbeeld ook
van zonnecollectoren of warmtekrachtkoppeling. Verder moet er
een relatief grote hoeveelheid
warmte worden afgevoerd op lage
temperatuur (bij voorkeur rond de
30°C of lager). Er moet de mogelijkheid zijn om deze warmte op een
efficiënte manier af te voeren, en bij
voorkeur zelfs de mogelijkheid om
deze warmte nuttig te gebruiken
(bijvoorbeeld om een zwembad te
verwarmen of om tapwater voor te
verwarmen). Bij dit alles kan
worden volstaan met hoge temperatuurkoeling. Bij lage temperaturen
loopt het vermogen en het rendement van de adsorptiekoeling terug.
40
JANUARI 2014 107 e JAARGANG
In dit artikel zal nader worden
ingegaan op de werking en de
toepassing van de adsorptietechnologie. Beide worden bekeken aan de
hand van de modulaire SolabCooltechnologie.
Hoe werkt het?
Van de adsorptietechniek bestaan
verschillende uitvoeringsvormen,
met of zonder bewegende delen in
het vacuüm. De variant die hier
beschreven wordt maakt gebruik
van een vacuümkamer zonder
bewegende delen, met daarin een
tweetal componenten:
Ŕ Een adsorber/desorber. Dit
component bevat een adsorptiemiddel, zoals bijvoorbeeld
silicagel of zeoliet, dat is aange-
Figuur 1: Laden (links) en ontladen (rechts)
van een adsorptiemodule.
bracht op een warmtewisselaar.
Het adsorptiemiddel wordt
gekozen in combinatie met een
koudemiddel zoals methanol of
water, zodanig dat er veel warmte
vrijkomt bij het adsorberen van
het koudemiddel. De warmtewisselaar kan de warmte die vrijkomt bij het adsorberen afvoeren,
of warmte naar de adsorber
brengen.
Ŕ Een condensor/verdamper,
waarin koudemiddel kan verdampen of condenseren. Ook
hier is een warmtewisselaar
aanwezig om de warmte van
buiten aan te voeren of naar
buiten af te voeren.
In deze beschrijving wordt uitgegaan
van het stoffenpaar silicagel/water.
De vacuümkamer wordt verder
‘module’ genoemd. Voor het koelen
wordt gebruikgemaakt van een
procedure die in twee fases verloopt:
1. Drogen
Bij het drogen wordt warmte
toegevoerd aan de adsorber. Omdat
de dampdruk van water gebonden
aan silicagel afhangt van de temperatuur, stijgt de dampdruk ter plekke
van de adsorber. Doordat de
condensor is gekoppeld aan een
koelcircuit blijft de temperatuur en
de dampdruk daar laag. Hierdoor
ontstaan dampdrukverschillen,
waardoor water in dampvorm vrij
komt uit de silicagel. Dit water
condenseert op de condensor.
Doordat de condensatiewarmte
wordt afgevoerd blijft het temperatuurverschil in stand. Dit gebeurt
totdat het silicagel zo ver gedroogd
is dat een dampdruk-evenwicht
wordt bereikt.
2. Koelen
In deze stap wordt het silicagel
afgekoeld tot een lagere tempera-
ADSORPTIE
Koude & luchtbehandeling RCC
Figuur 2: Solabpump bestaande uit twee SolabModules en een Solabcontrol.
tuur. Hierdoor daalt de dampdruk
van het silicagel. Water zal zich
daarom willen binden aan het
silicagel. Daardoor zal het water dat
zich rond de condensor/verdamper
bevindt gaan verdampen. De
energie die hiervoor noodzakelijk is
wordt onttrokken aan een extern
watercircuit, dat hierdoor afgekoeld
wordt. De warmte die vrijkomt bij
opname van water door het silicagel wordt afgevoerd. Hierdoor
wordt het proces in stand gehouden, totdat het silicagel verzadigd is.
Vervolgens kan het volledige proces
worden herhaald.
Door twee modules toe te passen
waarbij een module laadt en een
module ontlaadt kan quasi-continue koeling gerealiseerd worden
(zie fig.1).
Belangrijk bij het koelen met
warmte is de coëfficiënt of performance (COP) of koudefactor. Voor
een adsorptiekoelmachine is de
koudefactor gedefinieerd als:
Koudefactor = ‘Geleverde koeling’ /
‘Daarvoor benodigde warmte’
Fi
Bij adsorptiekoeling bedraagt de
koudefactor gewoonlijk 0,4 à 0,6.
Dit wil zeggen dat 1 kWh warmte 0,4
tot 0,6 kWh koeling oplevert. Deze
waarde is afhankelijk van de
bedrijfscondities.
SolabCool-technologie
Momenteel zijn er verschillende
aanbieders actief van systemen die
Figuur 3: Een prototype van de Solabchiller geïnstalleerd tijdens een veldtest.
gebruikmaken van sorptietechnologie om koeling te leveren. SolabCool is een start-up die gebruikmaakt van technologie zoals die de
afgelopen jaren is ontwikkeld door
ingenieursbureau De Beijer RTB.
Deze technologie kenmerkt zich
door een modulaire opbouw van
het systeem en het gebruik van
silicagel als adsorber.
Silicagel
Silicagel wordt veel gebruikt als
droogmiddel. Het is onder andere
bekend van zakjes die gebruikt
worden om kleding of schoenen
droog te houden tijdens transport
en opslag. Silicagel kan veel water
opnemen, bij lage temperaturen
worden gedroogd, is niet duur en
niet schadelijk voor het milieu. Dit
maakt silicagel een zeer aantrekkelijke adsorber.
Modulaire bouw
De SolabCool-technologie is
gebaseerd op de modulaire SolabPump. De SolabPump is een unit
die kan koelen op basis van warmte.
De SolabPump bevat daartoe
aansluitingen voor een drietal
watercircuits:
Ŕ Een hoge temperatuur (HT)
circuit. Dit circuit levert de
warmte die gebruikt wordt om
het systeem aan te drijven. In de
praktijk zal deze warmte zich
tussen de 60 en 90°C moeten
bevinden om een efficiënt
koelsysteem te verkrijgen.
Ŕ Een lage temperatuur (LT) circuit.
Dit is het circuit waarop de
koeling wordt geleverd.
Ŕ Een midden temperatuur (MT)
circuit. Dit circuit voert zowel de
condensatiewarmte als de
adsorptiewarmte af.
De SolabPump (zie fig. 2) is opgebouwd uit twee SolabModules en
een SolabControl. De SolabModule is
een vacuümtank die een adsorber/
desorber en een condensor/verdamper bevat, zoals beschreven bij
de toelichting van de werking van
de absorptietechnologie. De SolabModule bevat aansluitingen voor
een tweetal watercircuits. Eén van
deze circuits wordt verbonden met
de adsorber/desorber, de andere met
de condensor/verdamper. Binnenin
de SolabModule bevinden zich geen
bewegende onderdelen Bij het laden
en ontladen van de SolabModule
treedt er geen degradatie op, de
prestaties van de module blijven
tijdens de economische levensduur
dan ook constant.
De SolabControl bevat de schakelingen die noodzakelijk zijn om
constant koeling te leveren als er een
tweetal SolabModules zijn aangesloten: Eén SolabModule is aangesloten
op het HT-circuit en op het MTcircuit, en hierin wordt het silicagel
gedroogd. De andere SolabModule is
aangesloten op het MT-circuit en op
het-LT circuit en levert koeling,
waarbij het silicagel verzadigt.
De omschakeling waarbij de functie
van de beide modules wordt
verwisseld vindt in verschillende
107 e JAARGANG JANUARI 2014
41
ADSORPTIE
RCC Koude & luchtbehandeling
Figuur 4: Impressie van
an de productieverproductiever
sie van de Solabchiller.
stappen plaats. Door deze gefaseerde schakeling wordt een 15 tot 20
procent hoger rendement verkregen. Tijdens de omschakeling
wordt er gedurende korte tijd even
geen koeling geleverd.
Toepassingen
Op basis van de genoemde adsorptietechnologie zijn verschillende
applicaties ontwikkeld. Een drietal
voorbeelden wordt hieronder
benoemd.
SolabChiller
SolabCool ontwikkelt een SolabChiller. Hierbij wordt de hiervoor
besproken SolabPump uitgebreid
tot een compact standalone
koelsysteem. Dit systeem kan zeer
eenvoudig geïnstalleerd worden in
situaties waarin een koelvermogen
tot 4,5 kW gevraagd wordt. Hierbij
kan worden gedacht aan woningen
en kleinere gebouwen. Een prototype van de SolabChiller (zie fig. 3)
is gedurende een tweetal zomers
getest op een tweetal locaties. De
ervaringen van consumenten
waren zeer positief. Tijdens warme
dagen werd een verbeterd comfort
ervaren. De hierbij opgedane kennis
is gebruikt voor de verdere ontwikkeling. Momenteel wordt de
SolabChiller productiegereed (zie
fig. 4) gemaakt.
Cascadesysteem
Voor grotere kantoorgebouwen kan
gebruik worden gemaakt van een
42
JANUARI 2014 107 e JAARGANG
Figuur 5: Cascade-opstelling bij AVR in Duiven.
cascadesysteem. Hierbij worden
meerdere SolabPumps parallel
aangesloten. Dit systeem kan
worden ingezet voor systemen tot
50 kW. Het cascade-adsorptiekoelsysteem is volledig zelfregelend.
Het eerste cascadesysteem (zie fig.
5) is reeds gerealiseerd bij de
afvalverwerker AVR in Duiven. De
restwarmte die vrij komt in het
verbrandingsproces wordt ingezet
om het kantoorgebouw te koelen.
In het systeem zijn drie SolabPumps in cascadeopstelling
toegepast, waarmee een koelvermogen van 15 kW is gerealiseerd.
Het systeem is op een eenvoudige
manier gekoppeld aan de bestaande
luchtbehandelingsinstallatie die in
de koel- en verwarmingsbehoefte
voorziet. Interactie met het bestaande regelsysteem vindt plaats
door middel van een vrijgave-signaal. Voor de afgifte van koeling
wordt gebruikgemaakt van het
reeds aanwezige verwarmingsblok
in de luchtbehandelingsinstallatie.
Het systeem vervangt één van de
drie oudere compressiekoelmachines en voorziet in de basislast om
zodoende een kostenefficiënte
installatie te realiseren.
en dit geeft de mogelijkheid om
warmte efficiënt op dit temperatuurniveau af te staan. Voor bijvoorbeeld het koelen van een hotel
waarbij tevens een zwembad
verwarmd moet worden, is dit een
interessante optie.
Conclusie
Adsorptiekoeling is een geschikte
koeltechniek als er gedurende het
koelseizoen warmte beschikbaar is
van voldoende temperatuurniveau
(>60°C). Belangrijk bij gebruik van
adsorptiekoeling is dat de restwarmte efficiënt wordt afgevoerd of
nuttig kan worden gebruikt. SolabCool heeft een modulair concept
ontwikkeld waarmee een systeem
kan worden gebouwd dat afhankelijk van de behoefte kan worden
gedimensioneerd.
Over de auteurs
De auteurs van dit artikel zijn
werkzaam op de afdeling onderzoek en projectontwikkeling van De
Beijer RTB/SolabCool B.V.
Meer informatie:
Zwembadverwarming
In de inleiding is al aangegeven dat
adsorptie en condensatiewarmte bij
voorkeur nuttig moeten worden
toegepast en dat een zwembad
daarvoor een uitstekende manier is.
Een zwembad heeft gewoonlijk een
temperatuur tussen de 25 en 32°C
De Beijer RTB
SolabCool B.V.
Postbus 18
6920 AA Duiven
T: +31 (0)26 -3188 832
E: [email protected]
I: www.SolabCool.com

Download Report