Water als koudemiddel

3 min. lezen - gepubliceerd op september 7, 2020

Water is één van de krachtigste koudemiddelen van de natuur. Oxycom-systemen maken maximaal gebruik van deze unieke eigenschap en verdampen water om koeling te genereren. Dit doen we op verschillende innovatieve manieren. In dit blog leggen we uit waarom water een uitstekend alternatief is voor het ozonafbrekende koudemiddel R-22 in conventionele airconditioning en hoe koeling op basis van water werkt. Verder tonen we statistieken over de duurzaamheidsvoordelen en bespaarde CO₂-uitstoot.


Waarom water?

Koudemiddelen functioneren als de werkvloeistoffen in airconditioners, warmtepompen en koelsystemen door warmte te absorberen en af te geven terwijl ze continue faseovergangen ondergaan tussen de gasvormige toestand en de vloeibare toestand in een gesloten koelcyclus.

R-22 (een chloorfluorkoolwaterstof of HCFK) is lange tijd het meest gebruikte koudemiddel in airconditioning systemen geweest, maar wordt tegenwoordig steeds meer vervangen vanwege het ozonafbrekende effect. In plaats daarvan hebben chloorvrije vervangers populariteit gewonnen, met name fluorkoolwaterstoffen (HFK's), zoals R-410A, R-407C en R-134a.

Water is ook één van de vele beschikbare koudemiddelen, met zijn eigen unieke eigenschappen en koudemiddelnummer (R718). Strikt genomen gebruikt adiabatische koeling ook water als koudemiddel, maar in plaats van herhaaldelijk te worden verdampt en gecondenseerd in een gesloten systeem, wordt het hierbij continu verdampt en wordt een luchtstroom gekoeld en bevochtigd.

Water is zeer geschikt voor koeling van lucht, omdat het één van de krachtigste koudemiddelen van de natuur is, met een uitzonderlijk hoge latente verdampingswarmte (2501 kJ/kg bij 0 °C). Het verdampen van water met een snelheid van 1 L/u genereert dus maar liefst 695 W aan koelvermogen.


Conventionele koeltechniek

Dampcompressie-airconditioning is de meest gebruikte technologie voor airconditioning-, warmtepomp- en koelsystemen die gebruikt wordt voor residentiële, commerciële en industriële doeleinden. Deze systemen bestaan uit vier hoofdcomponenten waardoor het koudemiddel in een gesloten cyclus wordt gepompt:

 

  • De compressor comprimeert het gasvormige koudemiddel adiabatisch en verhoogt zo de druk en de temperatuur.
  • De condensor laat het gasvormige koudemiddel onder constante druk condenseren tot de vloeibare toestand en geeft zo warmte af aan de omgeving.
  • Het expansieventiel zorgt ervoor dat het vloeibare koudemiddel uitzet, waardoor de druk en de temperatuur dalen.
  • De verdamper laat het vloeibare koudemiddel verdampen tot de gasvormige toestand bij constante druk, waardoor de warmte van de omgeving wordt geabsorbeerd.


Adiabatische koeltechniek

Bij adiabatische koeling wordt een stroom onverzadigde lucht in direct contact gebracht met een nat oppervlak. De grenslaag rond het natte oppervlak is op natuurlijke wijze verzadigd met waterdamp. Omdat onverzadigde lucht langs de grenslaag stroomt, zal waterdamp zich in de luchtstroom verspreiden, aangedreven door een verschil in dampconcentratie. Het waterdampgehalte in de grenslaag wordt dan door de adiabatische verdamping van het water weer in de natuurlijke verzadigde toestand gebracht. De benodigde latente warmte voor de faseverandering van het water wordt uit de voelbare warmte van de luchtstroom gehaald, wat resulteert in een lagere luchttemperatuur.

De laagst mogelijke temperatuur die kan worden bereikt is de natte-boltemperatuur van de lucht, maar is in de praktijk iets hoger vanwege een beperkt rendement. Het verzadigingsrendement of nattebolrendement wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de daadwerkelijk bereikte temperatuurdaling en de maximaal mogelijke temperatuurdaling.


Opwekking van elektriciteit

Voordat we kijken naar het verschil in energie-efficiëntie tussen verdampingskoeling en conventionele koeling, gaan we eerst eens kijken naar wat het kost om energie op te wekken. Er zijn verschillende soorten brandstof beschikbaar die energiecentrales kunnen gebruiken om elektriciteit op te wekken. Zo gebruiken ze in het Midden-Oosten en in veel andere delen van de wereld olie en aardgas en stoten ze daarbij enorme hoeveelheden CO₂ uit. Die centrales hebben ook water nodig voor de opwekking van elektriciteit, waar het voornamelijk wordt gebruikt voor de koeling. Oliegestookte centrales verbruiken bijvoorbeeld 2,33 liter water en stoten 0,76 kg CO₂ uit per kWh opgewekte elektriciteit.


Adiabatische koeling versus conventionele koeling

Vergelijkende berekeningen zijn uitgevoerd voor zowel de adiabatische koeling als de conventionele airconditioningstechniek met een gelijk koelvermogen. Er is gekozen voor adiabatische koeling met een gemiddelde verdampingssnelheid van 1 liter water per uur, wat overeenkomt met 695 W koelvermogen. Er wordt aangenomen dat er elektriciteit wordt opgewekt in oliegestuurde energiecentrales. Water dat bestemd is voor gebruik in adiabatische koelers moet bij voorkeur van drinkwaterkwaliteit zijn. Voor ontzilting door middel van omgekeerde osmose is doorgaans ongeveer 4 kWh elektrische energie per m³ water nodig.

Adiabatische koeling besparingen


Conclusie

Alleen al wat betreft het aspect van de schone koeling vermindert het gebruik van adiabatische koeltechniek in plaats van de conventionele dampcompressietechniek het elektriciteitsverbruik en de CO₂-emissie met meer dan 98%.

Adiabatische koeltechnologie vereist van nature water om te verdampen, maar bestaande dampcompressie-klimatiseringssystemen verbruiken indirect zelf aanzienlijke hoeveelheden water. Daarom zal de toenemende toepassing van adiabatische koeling minder invloed hebben op het wereldwijde waterverbruik dan vaak verwacht wordt.

Ontdek hoe we water als koudemiddel gebruiken voor onze innovatieve IntrCooll:

Lees meer over de IntrCooll

 

Picture of Mark Hakbijl
gepubliceerd op september 7, 2020

Mark Hakbijl

"Bij Oxycom's R&D afdeling combineren we de principes van de natuur met state-of-the-art technologie om duurzame klimaatoplossingen te creëren.

Terug naar nieuws

Krijg inzicht in de branche en verdiep je kennis.

Ontvang updates per e-mail