Adiabatische koeling nog efficiënter

In productiebedrijven waarin met warmte afgevende processen wordt gewerkt, vormt het binnenklimaat vaak een probleem. Een voor de hand liggende redenering is dan:

‘Het wordt te warm, dus er moet gekoeld worden. Omdat conventionele koeling peperduur is, kiezen we voor duurzame adiabatische koeling.’

Zoals zoveel zaken is ook het binnenklimaat een complex onderwerp. Er spelen veel meer factoren dan alleen de luchttemperatuur. In dit artikel wil ik enkele van die factoren bespreken.

Hieruit zal blijken dat er oplossingen zijn die een ‘goedkoop’ adiabatisch klimaatsysteem nog veel efficiënter maken. Wellicht zelfs overbodig?

Ik heb gekozen voor een industriële wasserij als voorbeeld van een bedrijf met veel warmteontwikkeling.

Factoren die het binnenklimaat beïnvloeden

Het is niet alleen de luchttemperatuur die bepalend is voor de beleving van het binnenklimaat. Bij een wasserij denk je natuurlijk direct ook aan de vochtigheid. In de praktijk blijkt dat erg mee te vallen. In een moderne wasserij wordt vrijwel geen nat wasgoed direct aan de lucht blootgesteld.

Wat in een wasserij wel kan spelen is de invloed van stralingswarmte. Zeker bij de wat oudere apparatuur kunnen de persen en in wat mindere mate de mangels, tunnelfinishers en drogers warme oppervlakken hebben die hun warmte direct naar het personeel stralen. Maatregelen als het isoleren van apparaten, het plaatsen van panelen waarmee het warme oppervlak wordt afgeschermd, of het scheiden van werkplekken t.o.v. stralingsbronnen kunnen vaak met relatief weinig kosten al een merkbare verbetering van het klimaat opleveren.

Het werken in een wasserij is lichamelijk relatief zwaar. Zelfs in bedrijven die sterk gemechaniseerd zijn, wordt toch nog redelijk veel handelingen verricht, waarbij het hele lichaam wordt gebruikt. Een persoon die lichamelijke arbeid verricht, produceert daarbij warmte. En die moet worden afgevoerd. Dat vraagt dus om meer koeling van de productieruimte.

De sleutel tot efficiëntie

Bij veel installatiedeskundigen bestaat het idee dat als bekend is wat er aan energie in en uit een hal gaat, daarmee de klimaatinstallatie kan worden vastgelegd. In grote lijnen klopt dat ook wel. Alleen leidt dit niet tot de meest optimale installatie. Die meest efficiënte installatie kan pas worden ontworpen als inzicht bestaat in de verspreidingsmechanismen van warmte en andere verontreinigingen, zoals stof en damp. In bestaande situaties gebruik ik de door mij zelf ontwikkelde WLW-opname om inzicht in de lokale verspreidingsmechanismen te verkrijgen.

Inzicht in de verspreidingsmechanismen is daarom zo belangrijk omdat daar de sleutel tot efficiëntie zit. Veel meer dan bijvoorbeeld bij het hoge rendement van een koelmachine. Een optimale ruimteluchtstroming kan in het afvoeren van warmte tot wel een factor 2,2 efficiënter zijn dan de normaliter voorkomende verdunningsstroming. Een factor 2,2 beter betekent 55% besparing op luchthoeveelheid! En de luchthoeveelheid heeft een directe relatie met investering, energiegebruik en onderhoudskosten.

Luchtstromingen

Luchtstromingen zijn in een ruimte vaak de belangrijkste verspreiders van warmte en vuil. In wasserijen is sprake van veel luchtstromingen, die deels mechanisch zijn gedreven door de wasserij-apparatuur en deels op natuurlijke wijze ontstaan door warmteontwikkeling.

Het is zaak bewust te zijn van al deze stromingen en er slim mee om te gaan. Wat nog al eens gebeurt is dat er koele (soms zelfs gekoelde!) ventilatielucht direct in een warme luchtpluim wordt geblazen. Gevolg is dat er veel meer warmte naar werkplekken wordt geblazen dan nodig is.

Verdringingsventilatie

Door de lucht op laag niveau en met lage snelheid in te brengen, gaat een situatie ontstaan waarbij de warmte en eventuele verontreiniging (stof, damp) naar boven drijft. Dicht bij de vloer ontstaat een schone koele luchtlaag, waarin de werknemers aangenaam kunnen werken.

Het ontwerp van een dergelijk systeem is maatwerk, om te zorgen dat de grens tussen koele schone lucht en warme vuile lucht op de gewenste hoogte komt te liggen. Wordt er te weinig lucht toegevoerd, dan kan de grens te laag komen te liggen, waardoor mensen met hun hoofd in de vuile laag lopen. Wordt er te veel lucht toegevoerd, dan kan in het beste geval de grens hoger dan vereist liggen, met een te grote installatie (met bijbehorende hogere kosten) als gevolg. In het slechte geval ontstaat er toch menging van warme en koele lucht en gaat het hele effect teloor, waardoor een veel slechter binnenklimaat ontstaat dan gewenst was.

Vergelijking systemen

Laten we eens de prestaties van drie systemen vergelijken. Alle systemen zijn voorzien van eenvoudige warmteterugwinning in de vorm van recirculatie van maximaal 80% van de lucht. Dit is geoorloofd als de lucht niet erg vervuilt in de hal.

Het uitgangspunt is een wasserij met een vloeroppervlak van 2700m². Dit is het oppervlak waar was-, droog- en afwerkingsapparatuur staat, dus exclusief vloeroppervlak voor opslag en distributie. Er werken 20 personen. De hal is 9m hoog. De opgestelde apparatuur heeft een warmtebelasting van 162kW. We vergelijken de zomersituatie. De energiekostenberekening is gebaseerd op een tarief van €0,10/kWh.

De ventilatiesystemen verschillen in het wel of niet hebben van adiabatische koeling c.q. een eenvoudig mengend lucht inblaassysteem of een systeem met verdringingsroosters op de vloer:

• variant W2m: een unit met adiabatische koeling en een eenvoudig lucht inblaassysteem dat zorgt dat het in de hal niet meer dan 5 graden warmer wordt dan buiten.
• variant W1s: een zelfde unit als in W2m, nu echter zonder adiabatische koeling, maar met in plaats van een eenvoudig mengend, een geavanceerder verdringend luchtverdeelsysteem.
• variant W2s: de unit als in variant W2m, dus met adiabatische koeling, maar met het verdringende luchtverdeelsysteem van variant W1s.

De jaarlijkse energiekosten bedragen:

Conclusie

Uit de vergelijking blijkt dat wanneer op de adiabatische koelunit in plaats van een eenvoudig mengend luchtverdeelsysteem, een verdringend systeem wordt aangesloten, een aanzienlijk aangenamer binnenklimaat op de werkplekken kan worden gecreëerd. De ruimtetemperatuur is 7 graden lager. Dat betekent een productiviteitswinst van 14%. De energiekosten van deze variant zijn marginaal hoger.

Wat verder opvalt is dat de variant zonder koeling, maar met een verdringend luchtverdeelsysteem zelfs beter presteert dan de variant met koeling maar met eenvoudig luchtsysteem. Waaruit geconcludeerd kan worden: verdringingsventilatie maakt koeling overbodig!

Kostenbeheersing

In het voorbeeld hierboven is gekozen voor productiviteitswinst, waarbij de luchthoeveelheid constant is gehouden. De luchthoeveelheid is een belangrijke factor in het kostenplaatje. Een andere benadering is te streven naar kostenbeheersing. Dan kijken we hoeveel lucht benodigd is om een bepaalde temperatuur op de werkplekken te realiseren. Hierbij wordt de ruimtetemperatuur dus constant gehouden. Zie onderstaande tabel voor de resultaten.

Hieruit volgt dat variant W1s met 70% van de luchthoeveelheid hetzelfde binnenklimaat kan realiseren als variant W2m. Het luchtverdeelsysteem is uitgebreider en daarmee duurder dan dat van variant W2m, maar daar tegenover staat dat de unit 30% kleiner is én geen adiabatisch koelsysteem heeft. Dat scheelt in zowel de investering als in de onderhoudskosten.
Variant W2s heeft zelfs een 55% kleinere unit nodig. Hierbij moet wel opgemerkt worden dat hier van een rekentechnische benadering is uitgegaan. De lokale omstandigheden bepalen uiteindelijk hoeveel lucht nodig is om de gewenste schone laagdikte MEESTAL WORDT VOOR 2 À 3M HOOGTE GEKOZEN, ZODANIG DAT DE WERKNEMERS NORMALITER IN EEN KOELE SCHONE ZONE WERKEN. te bereiken. Om dit te bepalen is het uitvoeren van een WLW-opname onontbeerlijk.Heeft u interesse om in uw bedrijf een WLW-opname te laten maken? Neem voor deskundig advies contact met mij op.