1 Sammendrag og konklusion

Teknisk udvikling af chiller med CO2 som kølemiddel

1.1 Baggrund og formål

Med baggrund i den danske lovgivning på kølemiddelområdet, der er trådt i kraft 1. januar 2007, kalder det danske kølemarked nu på nye og bedre løsninger med naturlige kølemidler, som erstatning for de kraftige drivhusgasser. Allerede fra 2007 og 4-5 år frem vil der sandsynligvis opstå et vakuum på det danske kølemarked med færre udbydere af produkter, der på en omkostnings- og energieffektiv måde kan leve på til de gældende regler. Hovedparten af opstillede chillere i Danmark er produceret i udlandet, og de danske installatører og slutbrugere har derfor behov for danske alternativer. Dette vil øge behovet for nye aktører på markedet i Danmark, der med nye ideer og innovative løsninger kan frembringe konkurrencedygtige produkter, der opfylder såvel brugerkrav og lovgivningens retningslinier.

Advansor A/S har tidligere afsluttet et design- og markedsstudie (j.nr. M1230-0038) af egnede chillerløsninger baseret på CO₂ som kølemiddel. I projektet blev det bl.a. klarlagt, at der i kapacitetsområdet fra 50-400 kW mangler alternativer til HFC-chillere. Der findes ikke kommercielt tilgængelige luftkølede aggregater, som anvender naturlige kølemidler i gruppe 2 (ugiftig, ikke brændbar). Enkelte udenlandske, vandkølede chillere med CO₂ findes som prototyper i den nedre ende af skalaen, men da såvel energiforbrug og pris er højere for disse anlæg sammenlignet med HFC, er et kommercielt gennembrud svært forventeligt for disse anlæg. Ved beregninger i ovennævnte projekt er påvist, at et nyt koncept for varmeafkastet på CO₂-anlæg (adiabatisk køling) kan give anledning til COP-værdier, som under alle forekommende danske driftsforhold er bedre end for HFC. Generelt kan det forventes, at det årlige energiforbrug er 15-20% lavere end med HFC, og løsningen har samtidig 25-40% lavere fremstillingsomkostninger end de vandkølede CO₂-chillere, der allerede er på vej ind på markedet.

Nærbærende projekt ”vådkølet CO₂-chiller - design, test og feltvalidering” (j.nr. M1110-0028) omhandler udvikling af en chiller, der anvender CO₂ som kølemiddel. Chilleren anvender en våd-kølet kondensator. Gennem projektet er det beskrevne vådkølingskoncept udviklet og afprøvet.

Det er projektets formål at udvikle chiller der anvender CO₂ som kølemiddel i kapacitetsområdet fra 80-400 kW. Anlæggene skal have markedets laveste energiforbrug og være økonomisk rentable.

1.2 Udviklingsarbejdet

Det har været projektets formål at udvikle konkurrencedygtige chillere med den lavest mulige miljøbelastning.

Projektet har været opdelt i følgende faser:

Dimensionering og detailberegning
Fremstilling og godkendelser
Laboratorietest
Opstilling og måling på vådkølet chiller til luftkonditionering
Formidling af projektets resultater
Konklusion og rapport

Det indledende dimensioneringsarbejde har været gennemført ved anvendelse af modelberegninger, således at hver eneste komponent i systemer er beregnet og ved at det samlede system er optimeret. Herefter er alle dele af anlægget underkastet en vurdering i forhold til maskindirektivet og trykudstyrsdirektivet for at sikre den endelige godkendelse af anlægget. En prototype er produceret og dette anlæg er gennemtestet i laboratoriet før der har været gennemført en fieldtest på anlægget. Resultaterne af den tekniske undersøgelse er sammenlignet med HFC chillere på pris og ydelse ved bench-marking af forskellige produkter på det danske marked.

CO₂ har sammenlignet med de øvrige naturlige kølemidler, som kan anvendes i forbindelse med vandkøleanlæg (chillere) flere fordele. CO₂ er ugiftig og ubrændbar. Dette betyder, at der ikke behøves specielle anordninger mht. alarmer, nødventilation, brandsikring osv. Samtidig havner kølemidler i gruppe 2¹ (de ufarlige kølemidler), hvilket er en gevinst mht. design, konstruktion, service og vedligehold.

Udfordringerne for de CO₂ baserede chillere ligger på områderne omkring anlæggenes højere arbejdstryk samt optimering af energiforbruget.

1.3 Hovedkonklusioner

Det er gennem projektet påvist at det er muligt at udvikle, producere og sælge chillere baseret på CO₂ som kølemiddel. Anlæggene har en væsentlig mindre miljøbelastning end de HFC-chillere, der findes på markedet i dag.

Den skærpede lovgivning vedrørende anvendelse af HFC kølemidler giver ikke anledning til reduceret mængde HFC i chillere, men anledning til ændret praksis, idet kølemidlet vil blive opdelt på et større antal kreds med mindre end 10 kg. Der er således ikke nødvendigvis et tvingende miljølovgivningsmæssigt motivationsgrundlag for ny anvendelse af CO₂chillere.

En analyse af driftstimeomkostninger viser imidlertid, at der kan etableres et markedsdrevet købsmotiv for luftkølede CO₂chillere med præference foran HFC chillere. Det er dog et springende punkt, at sådanne løsninger uden yderligere lovmæssigt understøttende foranstaltninger alene vil være bæredygtige, hvis der kan udarbejdes anlægsdesign som kan fremstilles og markedsføres til priser, som er sammenlignelige med HFC anlæg.

Varmevekslere og kompressorer (inkl. sikkerhedsautomatik) er de væsentligste omkostningsbærere i CO₂chillere. Det er ikke så meget det højere tryk, som det er de lave producerede styktal, som giver anledning til højere anlægspriser. Det er således et forhold, der kan udbedres, hvis markedet stimuleres til øget efterspørgelse.

Fremstillingsprisen på en CO₂chiller afhænger i høj grad af den valgte udformning. Det vurderes, at optimerede CO₂chillere kan udgøre et konkurrencemæssigt seriøst alternativ under alle danske forhold.

Miljømæssigt er chillerområdet vigtig fordi flere og flere køleapplikationer vælger indirekte standard-units som teknologi. Der bliver således opstillet flere og flere chillere, da dette er en god, sikker og billig teknologi med minimal påvirkning for kunden.

Beregnes kølemiddelbesparelsen ved fuld markedsindtrængning under antagelserne i fodnoten² fås en besparelse på 1,7 tons CO₂ pr. anlæg pr. år for de små anlæg, hvilket svarer til 31.200 tons pr. år totalt. For de store anlæg fås en besparelse på 9 tons CO₂ per anlæg per år og 11.300 tons per år.

1.4 Projektresultater

Projektets fokus har primært ligget omkring den tekniske udvikling af prototype chilleren, men der har også været lejlighed til at undersøge marked og kommercielle forhold omkring produktet. Projektets resultater er opdelt på tekniske, kommercielle og miljømæssige resultater:

Tekniske resultater:

Ved beregninger i ovennævnte projekt er påvist, at et nyt koncept for varmeafkastet på CO2-anlæg kan give anledning til COP-værdier, som under alle forekommende danske driftsforhold er bedre end for HFC. Generelt kan det forventes, at det årlige energiforbrug er 15-20% lavere end med HFC, og løsningen har samtidig 25-40% lavere fremstillingsomkostninger end de vandkølede CO2-chillere, der allerede er på vej ind på markedet.

Man ønsker billigst muligt køling indenfor lovgivningens rammer
Mange vil øge antallet af flerkredsopbyggede chillere med HFC
I den lave ende af kapacitetsområdet (50-100 kW) anvendes sjældent rådgiver
Proces og serverkøling har højere andel af rådgiverydelser involveret

Kommercielle resultater:

Advansor A/S kan nu markedsføre chillere i kapacitetsområdet fra 80 kW til 400 kW på det danske marked. I bestræbelserne på at gøre teknologien tilgængelig på det danske marked er det af stor vigtighed, at der findes et referenceanlæg, hvor konceptet bliver valideret.

[1] Bekendtgørelse nr. 100

[2] Kølemiddel: R134a, Lækage: 10%, Tab af kølemiddel ved skrotning: 50%, Levetid: 15 år