Volgende generatie koeltechnologie vermindert koelkosten

Nu de zomertemperaturen stijgen, worden veel consumenten en bedrijven geconfronteerd met duizelingwekkende elektriciteitsrekeningen van conventionele koelsystemen. Hoewel traditionele koeltechnologieën er op het eerste gezicht betaalbaar uitzien, verbergen ze aanzienlijke operationele kosten op de lange termijn die nader onderzoek vereisen.

Mechanische dampcompressiekoelsystemen domineren de huidige markt en bestaan uit vier hoofdonderdelen: compressor, verdamper, condensor en expansieventiel. Na tientallen jaren van ontwikkeling hebben deze componenten een opmerkelijke efficiëntie bereikt in massaproductie en kostenreductie. Koelsystemen vallen over het algemeen in twee categorieën op basis van capaciteit: kleinschalige airconditioners en grootschalige chillers.

Airconditioners, die voornamelijk worden gebruikt in woningen en kleine commerciële ruimtes, behandelen doorgaans koellasten onder de 5 koelton (60.000 BTU). Deze systemen omvatten centrale airconditioning, raamunits, split-systemen en verdampingskoelers. Vanwege hun kleinere schaal en de behoefte aan luchtbehandelingsventilatoren overschrijden hun koelkosten per eenheid over het algemeen die van industriële chillers.

Een airconditioner van 1 ton (12.000 BTU) kost ongeveer $1.000, terwijl een unit van 5 ton (60.000 BTU) ongeveer $3.200 kost, waardoor de prijs per ton daalt tot ongeveer $640. Ondanks relatief lage initiële kosten verbruiken deze systemen aanzienlijk veel energie, waardoor hun operationele kosten op de lange termijn aanzienlijk zijn.

Chillers worden opgedeeld in luchtgekoelde en watergekoelde varianten op basis van het type condensor. Voor industriële toepassingen bieden watergekoelde chillers doorgaans een superieure efficiëntie, hoewel ze extra componenten vereisen, zoals pompen en koeltorens, die de initiële investering verhogen.

De prijzen voor luchtgekoelde chillers zijn gemiddeld:

• Minder dan 50 ton: ~$1.500/ton
• 50-150 ton: ~$700/ton
• Meer dan 150 ton: ~$450/ton

Watergekoelde systemen blijken economischer te zijn:

• Minder dan 400 ton: ~$400/ton
• Meer dan 400 ton: ~$300/ton

Toch kan een productiefaciliteit die chillers gebruikt, tot $700 per jaar per ton uitgeven aan koeloperaties - veel meer dan de kosten van de apparatuur - vanwege het enorme elektriciteitsverbruik. Naarmate de energieprijzen stijgen, schrikken deze operationele kosten potentiële kopers steeds meer af van conventionele systemen.

Opkomende technologieën zoals adsorptie- en absorptiekoelsystemen bieden aantrekkelijke oplossingen. Deze warmtegestuurde systemen elimineren compressoren en vereisen slechts 1/20e van de elektriciteit van conventionele systemen, terwijl de operationele kosten met meer dan 50% worden verlaagd.

Traditionele systemen comprimeren koudemiddelen om de temperatuur en druk te verhogen, en bereiken vervolgens koeling door condensatie en expansie. De nieuwe systemen maken gebruik van de adsorptie- of absorptie-eigenschappen van materialen - met behulp van warmte in plaats van mechanische compressie om de koelcyclus aan te drijven.

Deze systemen bevatten vaste adsorbents zoals silicagel of zeoliet in hun adsorbers. Het proces in vijf fasen omvat:

1. Adsorptie: Laag-drukkoudemiddelgas bindt zich aan het adsorbent en geeft warmte af
2. Verhitting: De adsorber wordt verwarmd om hogedrukkoudemiddelgas af te geven
3. Condensatie: Gas vloeit vloeibaar in de condensor en geeft warmte af
4. Verdamping: Vloeibaar koudemiddel zet uit in de verdamper en absorbeert warmte
5. Terugwinning: Gas keert terug naar de adsorber om de cyclus te herhalen

Deze systemen gebruiken vloeibare absorbenten zoals lithiumbromide- of ammoniakoplossingen. Hun vergelijkbare proces in vijf fasen verschilt voornamelijk in het gebruik van vloeibare in plaats van vaste materialen voor koudemiddelabsorptie en -afgifte.

In vergelijking met conventionele koeling bieden deze systemen:

• Energiebesparing: Minimaal elektriciteitsverbruik vermindert de bedrijfskosten drastisch
• Milieuvoordelen: Kan restwarmte of hernieuwbare energie gebruiken, waardoor de CO2-uitstoot wordt verminderd
• Economische voordelen: Hogere initiële kosten worden gecompenseerd door besparingen op de lange termijn en een sterke ROI
• Betrouwbaarheid: Minder bewegende delen verminderen de onderhoudsbehoefte en verlengen de levensduur

Deze technologieën dienen al meerdere sectoren:

• Industrieel: Chemische, farmaceutische en voedselverwerkende fabrieken die restwarmte gebruiken
• Districtkoeling: Ten dienste van grote commerciële complexen, luchthavens en ziekenhuizen
• Commerciële gebouwen: Kantoren die zonne-energie of aardgas gebruiken voor koeling
• Transport: Voertuigen die gebruikmaken van de afvalwarmte van de motor

Met stijgende energiekosten en milieuproblemen beloven adsorptie- en absorptietechnologieën aanzienlijke groei. Door zowel het energieverbruik als de CO2-uitstoot te verminderen en tegelijkertijd economische voordelen te bieden, kunnen deze innovaties uiteindelijk conventionele systemen vervangen en een nieuw tijdperk van duurzame koeling inluiden.