Duurzame, efficiënte en veilige verwarming en koeling mogelijk maken met propaan

Simaka Energie- und Umwelttechnik GmbH, een Duitse aanbieder van thermische oplossingen, is een van de bedrijven die graag aan hun klanten laten zien wat de mogelijkheden zijn van werken met propaan als koudemiddel. Samen met Alfa Laval hebben zij een warmtepompsysteem ontwikkeld voor een Zwitserse supermarktketen, gebaseerd op drie gesoldeerde platenwarmtewisselaars van Alfa Laval; deze zijn extra groot, hebben een zeer hoge capaciteit en gebruiken R290 als koudemiddel. Het resultaat was een innovatieve verwarmings- en koeloplossing die de beste garantie biedt voor langdurige duurzaamheid, energie-efficiëntie en veilig gebruik.

Geïnstalleerde gesoldeerde platenwarmtewisselaars van Alfa Laval in de warmtepomp. Links: AC500-condensor, in het midden: AC1000-verdamper en rechts: AC500-condensor.

De missie van Simaka is het ontwikkelen van op maat gemaakte systemen voor klanten die de eisen voor thermische efficiëntie, GWP-niveaus en kosteneffectiviteit overtreffen, en zo toekomstbestendige gemoedsrust bieden. Vanuit Argenbühl in Baden-Württemberg, Duitsland, behoren zij tot de vroege gebruikers van natuurlijke koudemiddelen en ontwerpen zij al vele jaren innovatieve warmtepompen voor industriële verwarming en koeling. Het bedrijf is daardoor uniek gepositioneerd om de eisen van de huidige markt te begrijpen en de uitdagingen die klanten ervaren bij het overstappen naar alternatieven met een laag GWP.

In mijn optiek vertegenwoordigt de F-Gasverordening de grootste verandering met betrekking tot koudemiddelverboden in de afgelopen 30 jaar,” legt Karsten Uitz, Managing Director bij Simaka, uit. “Tot nu toe was er altijd een alternatief beschikbaar dat voldeed aan alle relevante veiligheidscriteria. Maar als koeltechnisch installateur kun je tegenwoordig niet meer om brandbare koudemiddelen zoals propaan of R1234ze heen. Je moet ermee om kunnen gaan.”

Aan de voorhoede van natuurlijke koudemiddelen

Simaka bevindt zich op slechts 50 kilometer van de Duitse grens met Zwitserland, een land dat vooroploopt in het invoeren van eisen voor koudemiddelen met een lager GWP. Daardoor achten bedrijven die in Zwitserland actief zijn het zeer waarschijnlijk dat de toekomst nog strengere duurzaamheidsdoelen zal brengen.

Deze overwegingen waren van centraal belang voor de grote Zwitserse supermarktketen die in de zomer van 2020 een aanbesteding uitschreef voor een warmtepomp met constante koelcapaciteit. De specificaties van de klant vereisten een totaal vermogen van 550 kW en, cruciaal, het gebruik van R290 als hoofdkoudemiddel. Gezien Simaka’s innovatieve focus op het gebruik van een natuurlijk koudemiddel, waren Uitz en zijn team van procestechnici enthousiast om de uitdaging aan te gaan – en de concurrentie te verslaan.

Maximale efficiëntie zit in elk detail

“Efficiëntie is de passie van Simaka, en we bouwen systemen die onze klanten tot in de kleinste details de beste voordelen bieden,” zegt Uitz. “We weten dat als een warmtepomp niet werkt op het beoogde efficiëntieniveau, er later meer elektriciteitskosten zullen zijn, evenals hogere CO₂-emissies. Ervoor zorgen dat ons systeem de beloofde prestaties zou leveren, was dus een teamprestatie met Alfa Laval, omdat ik voor 100% op hen kan vertrouwen om de benodigde componenten optimaal te dimensioneren en samen te stellen.”

Voor de Zwitserse supermarktketen ontwikkelde Simaka een verwarmings- en koelsysteem dat via een grote Alfa Laval AC1000 gesoldeerde platenwarmtewisselaar is verbonden met een hydraulisch koelcircuit en twee identieke AC500 gesoldeerde platenwarmtewisselaars die zijn aangesloten op twee afzonderlijke hydraulische verwarmingscircuits. De AC500-warmtewisselaars worden gebruikt als condensors en elk is gevuld met 30 kg propaan. Simaka ontwierp het systeem met 50% redundantie om ervoor te zorgen dat het systeem de helft van de totale capaciteit blijft leveren als één koudemiddelcircuit uitvalt.

Bovendien maakt het hebben van twee afzonderlijke condensors het mogelijk om verschillende condenseerdrukken – en dus temperaturen – in de twee koelcircuits te gebruiken. Een circuit kan bijvoorbeeld werken met een lagere persgastemperatuur door een lagere druk, wat resulteert in een hogere thermische efficiëntie en dus energie-efficiëntie.

Vergelijking van koudemiddelen door Simaka Energie-
und Umwelttechnik GmbH

Unieke ontwerpen om aan hoge eisen te voldoen

De grote AC1000 gesoldeerde platenwarmtewisselaars zijn ontworpen met een zeer kleine voetafdruk, wat Simaka heeft geholpen optimaal gebruik te maken van de goede volumetrische prestaties van R290. Daardoor kan het hoogvermogen-warmtepompsysteem dat zij hebben ontwikkeld de vereiste 550 kW leveren binnen een compact en dus kostenefficiënt ontwerp.

Dankzij Alfa Laval’s unieke FlexFlow™ asymmetrische plaatafmetingen en het volledig op maat gemaakte Dynastatic™ geïntegreerde distributiesysteem zorgen de grote AC1000 gesoldeerde platenwarmtewisselaars voor een uitstekende koudemiddeldistributie, terwijl ze lage drukverliezen aan de hydraulische koelingzijde realiseren. Dit vermindert de benodigde pompcapaciteit, wat het elektriciteitsverbruik verlaagt en leidt tot nog verder gereduceerde CO₂-emissies. Bovendien garandeert de plaatasymmetrie de beste thermische prestaties, zelfs bij deellast.

“Bij Alfa Laval vinden we altijd de ontwerpkennis en ervaring die nodig zijn om de optimale warmtewisselaars voor onze systemen te waarborgen,” zegt Uitz. “Dit geldt voor zowel de kleinste als de grootste capaciteiten waar we mee werken, inclusief details zoals de olieretour en het zeer kleine temperatuurverschil, zodat er geen concessies worden gedaan aan de efficiëntie. We kwamen in dit project met hoge eisen, en Alfa Laval heeft onze grote AC1000-warmtewisselaars precies zo ontworpen dat ze daaraan voldoen.”

Betrouwbare prestaties met bijbehorende veiligheid

De 60 kg propaan in het systeem ligt ruim boven de grens om te kunnen werken zonder speciale explosiebeveiliging. Veiligheid was daarom een belangrijke factor in de constructie van het systeem en in Simaka’s keuze van componenten. Dit was opnieuw een reden waarom zij vertrouwden op de nauwe samenwerking met Alfa Laval.

Warmtewisselaars zijn van essentieel belang bij het werken met brandbare koudemiddelen,” zegt Uitz. “De gebruikte warmtewisselaars moeten absoluut betrouwbaar zijn, ook op de lange termijn. Ook hier heeft de kwaliteit van Alfa Laval ons nooit teleurgesteld. We hebben nog nooit een storing gehad door een lekkende warmtewisselaar.”

Het redundantieontwerp biedt opnieuw een voordeel, omdat het betekent dat de hoeveelheid propaan in een koelcircuit wordt gehalveerd. Als het propaan zou ontsnappen, zou het systeem onmiddellijk uitschakelen en zou een explosieveilige ventilator het wegblazen. Dit kan veilig worden gedaan omdat het systeem zich op het dak van de supermarkt bevindt, in plaats van in het gebouw. Uitz beveelt aan dat elk systeem van deze schaal dat brandbare koudemiddelen gebruikt, om precies deze reden buiten moet worden geplaatst.

Warmtepomp type SIMATRON WP550SW, bij Simaka Energie- und Umwelttechnik GmbH.

Succesvolle resultaten uit een succesvolle samenwerking

Hoewel veel klanten nog veiligheidszorgen hebben, is Simaka ervan overtuigd dat propaan en andere koolwaterstoffen op middellange termijn steeds vaker op de markt zullen verschijnen. “Op de lange termijn zullen we niet om brandbare koudemiddelen heen kunnen,” concludeert Uitz. “R290 maakt de bouw van compacte, efficiënte systemen mogelijk dankzij de volumetrische koelcapaciteit. Dit komt tot uiting in lage CAPEX en OPEX voor klanten. Tegelijkertijd garandeert de lage GWP dat het ruimschoots na 2030 aan de wettelijke eisen zal blijven voldoen.”

Gezien het succes van het project voor de Zwitserse supermarkt kijkt Uitz positief naar de toekomst. “Voor ons betekent dit de komende jaren veel spannende projecten in nauwe samenwerking met Alfa Laval,” voegt hij toe. “We kijken ernaar uit, omdat onze professionele samenwerking heeft geleid tot veel geweldige ideeën, die we dankzij de uitgebreide service van Alfa Laval perfect hebben kunnen realiseren.”

Download het volledige verhaal