Centrifugale koelmachine met magnetische lagers

Beschrijving

Veel grote koelmachines zijn voorzien van een schroefcompressor die relatief veel energie verbruikt. Efficiënter is een centrifugale compressor aangedreven door een inductiemotor opgehangen in magnetische lagers.

De magnetische lagering biedt de volgende voordelen:

• Nagenoeg geen wrijving zorgt voor minder energieverliezen en geen noodzaak voor een smeermiddel.
• Minder bewegende delen en daardoor nauwelijks mechanische slijtage zorgt voor lagere onderhoudskosten.
• Trillingsarm en relatief stil.

Toepasbaarheid

Een centrifugale compressor is geschikt voor toepassing in klimaatinstallaties van grote gebouwen (zoals ziekenhuizen) met > 70 kW koelvermogen en functioneert zeer efficiënt bij een wisselende koudevraag. De hoge efficiëntie wordt alleen gehaald bij een lage condensortemperatuur. Dit kan bereikt worden met een natte koeltoren of met een koudeopslag (bijvoorbeeld in een WKO-systeem).

Een centrifugaal koelmachine met magnetische lagering kan meestal op de bestaande infrastructuur worden aangesloten. Je hoeft dus niet te wachten tot het hele koelsysteem vernieuwd wordt.

Koelmachine als warmtewisselaar

Omdat koelmachines met centrifugaal compressor geen interne druktrap bevatten, kunnen ze ook koude leveren bij heel geringe temperatuurverschillen tussen condensor en verdamper. Dit zorgt ervoor dat deze systemen uitstekend in deellast presteren en dit is bruikbaar in (winterse) situaties als de natte koeltoren of koudeopslag voldoende koude kan produceren. De koelmachine functioneert dan als warmtewisselaar tussen de koeltoren/koudeopslag en het koudenet van het ziekenhuis. Dit betekent dat geen extra passieve warmtewisselaar hoeft te worden geïnstalleerd tussen koeltoren/koudeopslag en koudenet, wat aanschaf- en onderhoudskosten bespaart.

Betrouwbaarheid

In 2015 is de eerste magnetisch gelagerde centrifugaalkoeler in een Nederlands ziekenhuis in bedrijf genomen. In de jaren daarna volgden meer ziekenhuizen. Afgezien van een kinderziekte die is opgelost hebben de gebruikers geen noemenswaardige problemen ervaren. De kinderziekte betrof de Variable Speed Drive (VSD) die koelvermogen en het toerental van de compressor regelt. Door vervanging van de VSD door een ouder maar robuuster model is de storing opgelost. Dit ging enigszins ten koste van de efficiëntie.

Milieu aspecten

Koelmachines hebben twee belangrijke milieu aspecten:

1. energieverbruik (elektrisch)
2. koudemiddel

Energieverbruik

De efficiëntie van koelmachines wordt meestal vergeleken aan de hand van de energyefficiency ratio (EER). Dit is een verhouding tussen de geproduceerde koude en de hoeveelheid energie die nodig is om deze koude te produceren, inclusief de pomparbeid van de pompen voor koelwater en gekoeld water. De EER (gemiddeld over een jaar) voor de moderne efficiënte centrifugaalkoelers wordt hieronder vergeleken met die van een ouder type schroefkoelmachine in dezelfde omgeving. Alle varianten hebben een natte koeltoren als condensor.

Duidelijk is dat deze generatie centrifugaal koelmachines bijna tweemaal zo efficiënt is als een verouderde schroefkoelmachine. Bij gelijkblijvende koudevraag veroorzaakt dit bijna een halvering van het elektriciteitsverbruik.

Koudemiddel

Koudemiddelen zijn essentieel voor het functioneren van een koelmachine, maar berokkenen bij lekkage schade aan het milieu: aantasting van de ozonlaag en bijdrage aan het broeikaseffect. Na het Montrealprotocol van 1987 waarbij koudemiddelen die de ozonlaag aantasten, werden uitgefaseerd, is nu ook internationaal afgesproken om de productie van koudemiddelen met een een grote bijdrage aan het broeikaseffect af te bouwen. Het populaire koudemiddel R134a heeft een Global Warming Potential (GWP) van 1.430. 1 kg R134a draagt net zo veel bij aan het broeikaseffect als 1.430 kg CO₂ en is daardoor één van de koudemiddelen waarvan de productie wordt afgebouwd.

Centrifugaal koelmachines functioneren alleen met het koudemiddel waarvoor ze ontworpen zijn. Bij de aanschaf van een koelmachine ligt dus het gebruikte koudemiddel vast voor de gehele levensduur. Voor een toekomstbestendige koelinstallatie is het dus slim om een koelmachine aan te schaffen met een koudemiddel met lage GWP. In een aantal Nederlandse ziekenhuizen worden machines gebruikt welke werken met R1233zd. Dit middel biedt een hoge efficiëntie, een lage GWP van 1 en is niet brandbaar, maar zorgt door zijn technische eigenschappen wel voor een koelmachine met groter volume.

Financiële aspecten

De kosten zijn geschat voor een ziekenhuis met een koelmachine met 1.500 kW koelvermogen. De globale aanschaf-, installatie- en beheerkosten van de centrifugale koelmachines zijn:

• Aanschafkosten koeler: € 140 per kW koude
• Beheerkosten: € 1.200 per jaar per machine

Bron: Verduurzamingskaart Centrifugale koelmachine met magnetische lagering (versie 1, maart 2020), Joachim Koot en Robert Traversari voor het Expertisecentrum verduurzaming Zorg