Koeling uit restwarmte

Titel	:	Koeling uit restwarmte
Publicatie datum:	:	3 februari 2004
Trefwoorden:	:	Absorptiekoelmachine, restwarmte, chemische warmtepomp
Zie ook:	:	www.sweatbv.nl

ECN heeft met succes een koelmachine ontwikkeld die met behulp van restwarmte koude kan genereren van een temperatuur tussen 5°C en 15°C. Het zogeheten SWEAT-systeem kan worden toegepast in de industrie en de utiliteitsbouw.

Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) heeft in samenwerking met Ingenieursbureau De Beijer RTB BV en NUON, met onderzoeksgelden van Senter en Novem, het SWEAT-systeem (Salt Water Energy Accumulation and Transformation) ontwikkeld. Dit systeem kan als koelmachine ingezet worden en als warmte- of koudeopslag. Het prototype SWEAT-systeem, dat in 2003 is gebouwd, is gedurende acht maanden getest en heeft in die periode goede prestaties geleverd en aan hoge verwachtingen voldaan. De koudevraag in de utiliteitsbouw is in de afgelopen jaren gestegen naar circa 4 PJ/jaar. Tot nu toe wordt voornamelijk gekoeld met elektrische koelmachines. Het SWEAT-systeem echter gebruikt de restwarmte uit bedrijfsprocessen en is geschikt voor kleine tot middelgrote toepassingen in kantoren, bedrijven, hotels en ziekenhuizen. Wanneer met dit systeem de totale vraag naar koeling kan worden gerealiseerd, zou dit een besparing van ongeveer 2,5 PJ/jaar betekenen. Dit komt neer op een energiekostenbesparing van een derde tot de helft. Een SWEAT-koelmachine kan zich vanwege deze energiebesparing in drie jaar terugverdienen. Systeem Het unieke van de SWEAT-technologie is de ingebouwde functie voor warmte- en koudeopslag. Hiermee wordt het mogelijk om bijvoorbeeld ’s nachts warmte in het systeem op te slaan en overdag koeling te genereren. Kenmerkend is de modulaire opbouw van het systeem. Hierdoor is het systeem flexibel inzetbaar en wordt goedkope seriematige productie van de modules mogelijk. Het systeem gebruikt bovendien geen milieubelastende koelmiddelen zoals H(C)FK’s. Omdat er geen bewegende onderdelen in een SWEAT-module zitten, werkt het volledig geruisloos en is het apparaat ook uitermate onderhoudsvriendelijk. Voor ECN-onderzoekers Robert de Boer en Wim Haije is de geslaagde bouw en test van het prototype, het resultaat van zes jaar onderzoek en ontwikkeling. De Boer: “Eigenlijk is het een eenvoudig systeem. De werking is gebaseerd op opname en afgifte van waterdamp in zout. Bij opname van waterdamp komt warmte vrij, voor afgifte moet het zout juist verwarmd worden. Via warmtewisselaars wordt, met behulp van restwarmte, het zout opgewarmd tot ongeveer 80°C, geeft daarbij het gebonden water af dat bij de condensor wordt opgevangen. Wanneer het zout voldoende drooggestookt is, kan het proces omgekeerd worden. Dan wordt de temperatuur van het zout verlaagd tot 30°C. Daardoor neemt het zout de waterdamp weer op. Deze waterdamp wordt bij de verdamper opgewekt. Het verdampende water onttrekt warmte aan de omgeving en dit proces wordt gebruikt om te koelen.” Een SWEAT-module bevat draadvinwarmtewisselaars, gevuld met natriumsulfide (Na2S), een condensor en een verdamperspiraal Oplossingen Tijdens eerdere testen werd duidelijk dat de werking van het SWEAT-systeem nog niet optimaal was. Omdat het zeer corrosieve zout natriumsulfide (Na2S) gebruikt wordt, werden componenten van het apparaat aangetast. Door de metaalcorrosie ontstaat waterstofgas en de vorming hiervan belemmert een goede werking van de koelmachine omdat het de verdamping en condensatie van water hindert. Om corrosie tegen te gaan, werd ieder metalen component met een epoxycoating behandeld. Het bleek enorm lastig om een coatingmateriaal te vinden met de juiste corrosiewerende eigenschappen en deze vervolgens zonder defecten aan te brengen op de complexe structuur van de draadvinwarmtewisselaars. De Boer: “Na afloop van de eerste duurtesten bleek helaas dat, ondanks de goede controle op het aanbrengen van de coating, toch gaatjes waren ontstaan op enkele zwakke plekken. De fabricage van de draadvinwarmtewisselaars werd aangepast en de samenstelling van de coating en de aanbrengmethode nog verder geoptimaliseerd. Het is het ons gelukt een optimale coating te krijgen die dicht blijft. Na het behalen van dit goede resultaat, is de ontwikkeling van het prototype gestart. De prestaties van het prototype zijn gedurende de testperiode stabiel gebleven. Een SWEAT-module kan 1 kW koelvermogen leveren en 2 kWh aan koude opslaan. Voor warmteopslag heeft het een efficiency van 85% en van de toegevoerde hoeveelheid restwarmte wordt 56% omgezet in koude. Toepassing Voordat ECN zich committeerde aan het SWEAT-project, is er door ECN een marktonderzoek en een haalbaarheidsonderzoek uitgevoerd. Uit deze studie werd duidelijk dat er voldoende toepassingsmogelijkheden in drie marktsegmenten aanwezig zijn: koeling in auto’s, koeling in de industrie en koeling in de utiliteitsbouw. Voor deze toepassingen heeft ECN samen met NUON en het Ingenieursbureau De Beijer RTB BV het consortium SWEAT BV opgezet. Dit consortium behartigt de zakelijke, wetenschappelijke en technische belangen van de deelnemende partijen. Ten behoeve van commercialisering van het SWEAT-concept wordt gedacht aan het uitgeven van licenties. De Boer: “Op dit moment zijn we bezig met een marktverkenning op fabricageniveau: welke marktpartijen zijn geïnteresseerd in de productie van het systeem? We denken dan o.a. aan fabrikanten van verwarmingsinstallaties en koelapparatuur. Aan de andere kant kijken we ook naar installatiebedrijven op het gebied van klimaatbeheersing. We willen een veldtest opzetten waarmee meer praktische ervaring kan worden opgedaan. En als variant op het SWEAT-project, zijn we sinds kort begonnen aan de, ontwikkeling van een koeltechniek, geënt op het SWEAT-systeem die draait op de warmte van kleine warmtekracht-systemen en die op termijn ook toegepast kan worden voor koeling in de transportsector.” Meer informatie: Over het SWEAT-systeem is meer te lezen in de conferentiepaper ‘Heat storage and transformation’ van Pieter Bach en Wim Haije van ECN Efficiency in de Industrie (EEI) Dit paper is te downloaden via http://www.ecn.nl/library/reports/2001e/rx01036.html Contact: Robert de Boer ECN EEI 0224 – 56 4871 r.deboer@ecn.nl