WELKE ALTERNATIEVEN?
Het gebruik van F-gassen wordt door de wetgeving verboden of ontmoedigd en het gebruik van milieuvriendelijke alternatieven wordt gestimuleerd. De alternatieven kunnen in twee groepen worden opgesplitst:
ALTERNATIEVE SYNTHETISCHE KOUDEMIDDELEN
Hieronder vallen HFO’s (hydrofluoroolefinen) en HFO+HFK-blends (mix van hydrofluoroolefinen en fluorkoolwaterstoffen). Ze zijn op te delen in:
- enkelvoudige stoffen die bestaan uit één type molecuul (bv. R1234ze)
- azeotropische mengsels, namelijk mengsels van twee (of drie) stoffen met een zodanige samenstelling dat het mengsel een duidelijk kookpunt heeft en zich dus gedraagt als een enkelvoudige stof (dragen een R-nummer tussen 500 en 599, bv. R513A)
- zeotropische mengsels waarvan de verdamping en condensatie niet plaatsvindt bij een constante temperatuur, maar binnen een bepaald temperatuurbereik (= temperatuur‑glide) (dragen een R-nummer tussen 400 en 499, bv. R455A).
Er zijn maar weinig enkelvoudige koudemiddelen beschikbaar die als alternatief ingezet kunnen worden voor CFK’s en HFK’s met een hogere GWP. R134a is zo’n alternatief. Het werd oorspronkelijk gelanceerd als substituut voor R22 en R12, en is met een GWP van 1430 wel nog enige tijd inzetbaar. R134a maakt ook deel uit van verschillende HFO-HFK blends. Dat draagt ertoe bij dat systemen op R134a, indien nodig, relatief gemakkelijk kunnen worden geconverteerd naar niet-brandbare HFO-HFK-alternatieven met GWP’s van om en bij de 600.
Belangrijke alternatieven voor R134a met een GWP < 150 zijn R1234ze (GWP=7) en R1234yf (GWP=4). Beide koudemiddelen zijn enkelvoudige stoffen die behoren tot de groep van de hydrofluoroolefinen (HFO’s). Ze hebben goede thermodynamische en fysische eigenschappen. Ze zijn stabiel, energetisch, hebben geen temperatuurglide en een lage werkingsdruk. Ze worden ook vaak als basiscomponenten gebruikt in HFO-HFK-blends. Wel zijn de koelmiddelen ontvlambaar (A2L) en de vraag of de koudemiddelen langdurig stabiel blijven in stationaire systemen met lange levenscycli blijft tot op vandaag open. R1234yf is een betere vervanger voor R134a dan R1234zf. De volumetrische koelcapaciteit en het kookpunt (-30 °C) van R1234yf is gelijkaardig aan die van R134a. De volumetrische koelcapaciteit van R1234ze ligt 20% lager en het kookpunt van -19 °C maakt het gebruik van dit koudemiddel bij lage verdampingstemperaturen moeilijk. Het wordt daarom bij voorkeur in chillers en hogetemperatuurtoepassingen gebruikt.
NATUURLIJKE KOUDEMIDDELEN
Dat zijn organische verbindingen zoals CO2, propaan en NH3.
CO2 (R744)
CO2 heeft een lange geschiedenis in de koeltechnologie. Vandaag wordt het vooral ingezet in supermarkten. Het vindt ook zijn weg naar grotere koelinstallaties (bv. in distributiecentra) en wordt in industriële en grote commerciële toepassingen (bv. cascadeystemen) geregeld als secundaire koelvloeistof ingezet. CO2 heeft geen ozonafbrekend vermogen, een GWP van 1, is chemisch inactief, niet-brandbaar en niet-toxisch. CO2 is goedkoop en het moet niet worden gerecycleerd. Wel is een te veel ervan in de lucht gevaarlijk voor de mens. In gesloten ruimtes kan het daarom nodig zijn om extra veiligheidsmaatregelen zoals een detectiesysteem te voorzien. Het koudemiddel heeft een hoge warmteoverdrachtscoëfficiënt, wat onder andere resulteert in zeer kleine leidingdimensies.
CO2 heeft een zeer hoog volumetrische koelcapaciteit (5 tot 8 keer zo hoog als R22). De persdruk is zeer hoog en de kritische temperatuur (31 °C bij 74 bar) is zeer laag. Afhankelijk van de koellichaamtemperatuur aan de hogedrukzijde, is transkritisch koelen boven de 100 bar onvermijdelijk. In dat geval is de energie-efficiëntie vaak lager dan in systemen waar het koudemiddel wel condenseert. Niettemin, zijn er wel een heleboel toepassingen waar CO2 wel economisch en efficiënt kan worden ingezet, namelijk in subkritische cascadesystemen en transkritische systemen.
Ammoniak (NH3)
Het koudemiddel ammoniak wordt al meer dan een eeuw gebruikt in industriële en grotere koelinstallaties. De efficiëntie van het koudemiddel is minstens zo goed als dat van R22 en op sommige vlakken zelfs nog beter. Het heeft geen ozonafbrekend vermogen en een GWP van 0. De prijs ervan is bijzonder laag. Helaas heeft ammoniak ook enkele nadelen die een breder gebruik in commerciële toepassingen (voornamelijk in kleinere installaties) belemmert. NH3 heeft een hoge isentropische exponent (NH3 = 1,31 / R22 = 1,19 / R134a = 1,1) waardoor de eindpersgastemperatuur hoog is en eentrapscompressie bij een verdampingstemperatuur onder -10 °C aan beperkingen is onderworpen. Geschikte smeermiddelen vinden, is bovendien moeilijk. De meest gebruikte smeermiddelen voor kleine installaties zijn niet oplosbaar in ammoniak en door de hoge eindpersgastemperatuur moeten de smeeroliën bovendien over een hoge thermische stabiliteit beschikken. Bijkomende nadelen van ammoniak zijn de (hoge) giftigheid, (lage) brandbaarheid en de corrosieve werking op koper. Maatregelen om deze nadelen te omzeilen, zorgen natuurlijk voor een aanzienlijk hogere kostprijs van NH3-installaties, zeker voor middelgrote en kleine NH3-installaties. Denk maar aan het gebruik van olieafscheiders, badverdampers met natuurlijke of pompcirculatie, stalen warmtewisselaars en fittings en andere (zoals het voorzien van een secundair koelcircuit naar de verdamper die omwille van veiligheidsredenen niet in de koude ruimte mag staan).
Propaan (R290)
Koelinstallaties op propaan zijn al vele jaren in bedrijf, vooral in de industrie. Propaan is een ‘bewezen’ koudemiddel. Ondertussen wordt propaan ook gebruikt in kleinere, compacte systemen met lage koudemiddelhoeveelheden, zoals residentiële airconditioning en warmtepompen. Verder is er ook de trend om propaan te gebruiken in commerciële koelinstallaties en chillers.
In de Colruyt-keten in België wordt propaan ingezet voor het koelen van de inloopfrigo’s. Hiervoor wordt een indirect systeem gebruikt (een koudedrager wordt rondgepompt in de winkelzone). Propaan is een organische verbinding zonder ozonafbrekend vermogen en met een verwaarloosbare GWP (= 3). Wel in aanmerking te nemen, is de kleine bijdrage van propaan tot zomersmog. De werkingsdrukken en koelcapaciteiten van propaan zijn vergelijkbaar met R22. Het temperatuurgedrag is zo gunstig als dat van R134a. Propaan vertoont geen specifieke reacties met materiaal. Koper is geschikt en hierdoor zijn ook het gebruik van (semi-)hermetische compressoren mogelijk. Veelvoorkomende oliën, die ook in CFK- en HFK-systemen worden ingezet, kunnen worden gebruikt in installaties op propaan.
Nadeel van propaan is de hoge brandbaarheid. Het ontwerp en de risico-analyse van de installatie moeten in overeenstemming zijn met de regelgeving rond explosiegevaar (zoals bescherming tegen overdruk en aangepaste elektriciteitsvoorziening). Verder vragen installaties op propaan weinig extra aanpassingen in vergelijking met systemen op CFK’s of HFK’s.
Gebaseerd op de bevindingen van het Refrigerant Report 20 van Bitzer
