VAN CENTRALE NAAR INTEGRALE ENERGIESYSTEMEN OP CO2
De meest recente generatie van CO2-koelsystemen zijn de transkritische boostersystemen. Transkritische boostersystemen worden momenteel beschouwd als de standaardoplossing voor nieuwe supermarkten in Europa. Er zijn wereldwijd 7.200 winkels mee uitgerust, waarvan 5.500 in Europa. De installatie van een integraal CO2-systeem met bijhorende energiebesparingen vraagt echter om de inzet van een systeem van de tweede of derde generatie.
Koelprincipes
Het doel van de koelsystemen van supermarkten is het esthetisch opslaan en aanbieden van bederfbaar voedsel. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen drie koelprincipes in supermarkten:
- Standalone toestellen hebben elk een eigen koelsysteem. Ze werken volgens de koelkasten of diepvriestoestellen die bij particulieren thuis te vinden zijn;
- Condensing units zijn kleine koelsystemen met één of twee compressoren en een aparte condensor die op het dak of in de machinekamer is geïnstalleerd;
- Gecentraliseerde systemen zijn centraal opgestelde koelinstallaties. De compressoren staan in de machinekamer, de condensor(en) buiten. Bij directe systemen zit(ten) de verdamper(s) in de te koelen ruimte of vitrines zelf. Bij de compactere indirecte systemen blijft het volledige koelmiddelcircuit buiten de winkelruimte en staat een water-glycolsysteem in voor het transport van de koude naar de te koelen ruimtes/ vitrines.
Centrale koelsystemen op basis van CO2
Directe centrale systemen vormen de meest traditionele koelsystemen in Europese supermarkten. Het directe systeem bestaat meestal uit een aparte MT-kringloop (temperatuur tussen 1 en 14 °C voor gekoelde producten) en LT-kringloop (temperatuur tussen -12 °C en -18 °C voor diepvriesproducten). De koelleidingen tussen de condensor(en) (die buiten staan) en de verdampers (die in de te koelen winkelruimte staan) zijn relatief lang. Deze directe systemen hebben dan ook als nadeel een grote koelmiddelinhoud en een behoorlijk risico op koelmiddellekken door de vele koppelingen.
Als antwoord hierop kwamen de indirecte gecentraliseerde systemen met kortere leidinglengtes. Het doel van indirecte systemen is om de koelmiddelinhoud te limiteren en koelmiddellekken te minimaliseren. Een volledig indirect werkend systeem heeft twee gescheiden circuits (MT en LT) op verschillende temperatuurniveaus (de MT-loop op -4 °C tot -8 °C en de LT-loop op -29 tot -32 °C). Voor het transport van de koude naar de vitrines/te koelen ruimtes in de verkoopzone (= als secundair koelmiddel) worden koudedragers op basis van glycolen, alcoholen en kaliumacetaten gebruikt. Soms wordt ook vloeibare CO2 rondgepompt als secundaire vloeistof. Het eerste gebruik van CO2 in supermarkten was als secundaire vloeistof in de LT-circuits van indirecte gecentraliseerde systemen. Een generatie later werd CO2 gebruikt in cascadesystemen, en dat zowel in de LT- als MT-kringloop. Hierbij wordt de opgenomen warmte afgevoerd in een bovenliggende cyclus met een ander koelmiddel (bv. R134a). De nood aan een extra warmtewisselaar tussen beide koelmiddelcircuits maakt de installatie weliswaar complexer, duurder en minder efficiënt.
Van centrale naar integrale energiesystemen op basis van CO2
De meest recente generatie van CO2-koelsystemen zijn de transkritische boostersystemen. Transkritische boostersystemen worden momenteel beschouwd als de standaardoplossing voor nieuwe supermarkten in Europa. Er zijn wereldwijd 7.200 winkels mee uitgerust, waarvan 5.500 in Europa. Transkritische boostersystemen werken uitsluitend met CO2 als koelmiddel. De transkritische werking impliceert dat ‘condensatie’ boven het kritische punt (voor CO2 is dat bij 73 bar en 31 °C) kan plaatsvinden.
De eerste generatie van transkritische boostersystemen is het meest verspreid. Dat systeem laat toe om alle vries-, koel- en verwarmingstoepassingen/sanitair warm water (SWW) te combineren. Het koeltechnische proces verloopt als volgt: vloeibare CO2 uit de condensor/gaskoeler komt in het scheidingsvat (receiver) toe waar vloeibare en gasvormige CO2 van elkaar worden gescheiden. De vloeibare CO2 wordt naar de verdampers van de MT- en LT-kringen gebracht. De damp uit de LT-kring wordt door middel van de lagedrukcompressor gecomprimeerd en samen met de damp van de MT-kring en de dampen uit het scheidingsvat naar de hogedrukcompressor geleid. Warmte kan gerecupereerd worden in de de-superheater. Dat is een 
warmtewisselaar achter de hogedrukcompressor die warmte onttrekt aan het koelmiddel vooraleer die naar de condensor/gaskoeler vertrekt. De warmte die wordt gerecupereerd, kan aangewend worden voor de verwarming en/of de productie van SWW.
De installatie van een integraal CO2-systeem met bijhorende energiebesparingen vraagt echter om de inzet van een systeem van de tweede of derde generatie. Met de eerste generatie is het immers niet mogelijk om in de warmere periodes airco te verzorgen. Met de tweede en derde generatie kan dat wel. Bij de tweede generatie boostersystemen wordt er een parallelle compressor toegevoegd. Die laat toe om airco in het systeem te integreren. Een airco-verdamper kan ingeschakeld worden over het scheidingsvat (receiver), waarbij de gevormde dampen door de parallelle compressor worden afgezogen bij een verdampingstemperatuur van ongeveer 0 °C. Belangrijk is dat de parallelle compressor deze dampen afzuigt en direct terugbrengt naar condensordruk/gaskoelerdruk. Gebeurt dat niet, dan stijgt de hoeveelheid damp die door de MT-compressoren moet worden afgezogen, en dit bij een verdampingstemperatuur van ongeveer -10 °C.
Door het toepassen van een parallelle compressor zal de systeemefficiëntie toenemen.
Een derde generatie CO2-boostersystemen voegt nog een extra energiebesparend element toe. Het hogedrukexpansieventiel wordt vervangen door een ejector, geschikt voor het recupereren van de expansie-energie. Hogedrukvloeistof, afkomstig van de gaskoeler, wordt versneld in de bewegingsstraalpijp die in de ejector is ingebouwd. Die voert lagedrukkoelmiddeldampen mee, afkomstig van de verdampers van de koelmeubelen. Dankzij de ejector ondergaat een deel van de koelmiddeldamp een soort van voorcompressie (van lagere tot hogere middendruk). De bedrijfstijd van de parallelle compressor wordt hierdoor verlengd en de bedrijfstijd van de MT-compressor wordt ingekort. Dat leidt tot een efficiëntieverhoging door een reductie van het totale energieverbruik. Vooral in warmere klimaten, waar expansieverliezen aanzienlijk kunnen zijn, is dat een interessante toevoeging.
