Juni 2020
Hybride VRF-systemen in opmars
Mede door de aangescherpte F-gassenverordening zijn hybride vrf-klimaatsystemen de laatste tijd in opmars. hvrf-systemen combineren de energiezuinigheid van een vrf met een watergedragen afgiftesysteem. Naast reductie van koudemiddel levert een hvrf wat beter comfort dan een vrf. ‘Adviseurs, installateurs en gebouwbeheerders krijgen hiermee ruimere keuze. Elk systeem heeft zijn voor- en nadelen’, meent Martijn van Leerdam, vrf-adviseur bij Alklima, importeur van Mitsubishi Electric-klimaatsystemen.
Simpel gezegd zijn vrf-systemen lucht-luchtwarmtepompen met een cop van 4 tot 5, dat wil zeggen dat ze vier tot vijf keer zoveel energie opwekken als uit elektriciteit halen. Een vrf bestaat uit een buitenunit met meerdere binnenunits. Het grote verschil tussen een vrf-systeem en een multi-splitsysteem is dat de expansieventielen van de warmtepomp bij een vrf-systeem zich in de binnenunits bevinden. Zodoende kan de capaciteit per binnendeel op basis van de individuele warmtevraag worden geregeld. De benodigde hoeveelheid koudemiddel wordt geregeld door een invertergeregelde compressor. Dat verklaart meteen ook de naam: vrf staat voor ‘variable refrigerant flow’, een regelbare stroom koudemiddel. vrv (‘variable refrigerant volume’) is een andere naam voor dergelijke systemen. Omdat die naam in 1982 door Daikin, de Japanse fabrikant die als eerste met deze gepatenteerde oplossing op de proppen kwam en sindsdien als handelsnaam is vastgelegd, hanteert de hvac-markt de meer algemene term vrf. Sinds de jaren negentig worden vrf-systemen vooral toegepast in de utiliteit, zoals hotels, winkels, kantoren, die om zowel warmte- als koudelevering vragen. De systemen bestaan in twee varianten. Een changeover 2-pijpsysteem dat alleen koelt óf verwarmt (Y-variant) of gelijktijdig koelen en verwarmen met energie-uitwisseling (R-variant). De laatste variant is zowel in een 2-pijp- als 3-pijpsysteem leverbaar. Martijn van Leerdam, vrf-adviseur bij Alklima, importeur van Mitsubishi Electric-klimaatsystemen, licht de verschillen toe. ‘Als een gebouw uit meerdere ruimtes bestaat, zullen we voor de hoofdverwarming altijd met klem adviseren om een systeem voor gelijktijdig koelen en verwarmen toe te passen. In Nederland hebben we een klimaat met veel tussenseizoenen. In die tussenseizoenen zal er, mede door wisselende interne warmtelasten, veel variabele vraag zijn in koelen en verwarmen. In kantoren hebben we te maken met verschillende bezetting en sekse, in hotels met veel nationaliteiten en leeftijden. De change-overvariant van een vrf wordt eigenlijk alleen toegepast bij grote ruimtes, bijvoorbeeld in de retail of als koelsysteem, aanvullend op een bestaand verwarmingssysteem.’
Schema van een 2-pijps hvrf-systeem.
F-gassenverordening
Waarmee transporteert een vrf dan de thermische energie? Dat gebeurt met een koudemiddel, in de meeste gevallen R410a of R32. Sinds 2015 is in de eu de F-gassenverordening van kracht. F-gassen zijn hfk’s (fluorkoolwaterstoffen) en hcfk’s (chloorfluorkoolstofverbindingen) die, als ze vrijkomen in de atmosfeer, sterk bijdragen aan het broeikaseffect. In de markt wordt die bijdrage met een gwp-waarde (global warming potential) aangeduid. Zo heeft R32 een gwp van 675 en R410A een gwp van 2.088 (R410A wordt zo genoemd omdat het voor de helft uit R32 bestaat en voor de andere helft uit R125). Het doel van de Europese F-gassenverordening is de CO2-equivalent van gefluoreerde broeikasgassen van 100 procent in 2015 naar 21 procent in 2030 te reduceren. Daarvoor zijn een aantal verboden opgelegd, onder meer een verbod vanaf januari 2020 op broeikasgassen met een gwp-waarde hoger dan 2.500. R32 en R410A worden als koudemiddel dus niet verboden, daarover is in de markt nog wel eens misverstand. Naast de verboden wordt door de eu een import- en productiequotum opgelegd. Het quotum is gebaseerd op CO2-equivalent waarbij je de kilogram vermenigvuldigt met de gwp-waarde. Volgens het eea (European environmental agency), het agentschap dat deze gegevens verzamelt, ligt de eu op schema: het volume van koudemiddelen nam in 2018 met 14 procent af, het gwp daarvan met 30 procent (over illegale handel zegt het rapport ‘Fluorinated greenhouse gases 2019’ van het eea echter niets). Fabrikanten als Daikin en Mitsubishi Electric, spelers die wereldwijd de markt van warmtepompen bepalen, zijn ondertussen druk bezig met het ontwikkelen van alternatieven en met een andere of lager volume aan koudemiddelen. Voor de kleinere warmtepompsystemen zetten velen in op R32, een A2L-koudemiddel (de 2L verwijst naar het feit dat het middel bij een concentratie van 0,3 – 0,6 kg/m3 bij 640 °C ontvlamt – wat, praktisch gezien, een extreme situatie is). Aanvankelijk werd gevreesd dat de reductie van F-gassen de kostprijs van koudemiddelen zou opdrijven, vooral van R410A met zijn relatief hoge gwp. Dat bleek echter niet het geval. Producenten en importeurs kunnen hun jaarlijkse quota tegenwoordig halen door de inzet van minder en/of andere koudemiddelen met lagere gwp-waarden en door de inzet van nieuwe technieken of een combinatie daarvan.
De 14 vrf-buitenunits worden door de bc-controllers verbonden met talloze binnenunits.
R410A versus R32
Met een aandeel van meer dan 80 procent in de warmtepompensector is R410A het meest gebruikte synthetische koudemiddel (natuurlijke middelen als ammoniak of propaan vallen in de gebouwde omgeving af omdat ze giftig of explosief zijn). Van Leerdam: ‘R410A heeft prima thermodynamische eigenschappen, is niet giftig of brandbaar en levert hoge rendementen voor klimaatsystemen. R410 wordt afgerekend op de hoge gwp-waarde. Andere koudemiddelen met lagere gwp-waardes zijn veelal licht ontvlambaar of hebben een lagere praktische limiet, dat wil zeggen: de maximale concentratie in een ruimte bij lekkage. De Europese norm en 378 stelt aanvullende eisen aan de toepassing van R32 in vrf waardoor je extra maatregelen moet nemen, bijvoorbeeld kleppen en snuffelaars die mogelijke lekken kunnen detecteren. Bovendien zit aan de inzet van R32 een praktische grens: ook hier heb je met en 378 te maken. Door die norm kom je voor R32 al snel aan de volumelimiet die zich in een ruimte mag bevinden. Dat maakt het minder geschikt voor toepassing in vrf-systemen.’
Voor de kleinere warmtepompsystemen zetten velen in op R32, een A2L-koudemiddel
Generator Hostel
Nu kan je de CO2-equivalent van koudemiddelen ook op andere wijze reduceren, bijvoorbeeld met hybride technieken die een synthetisch koudemiddel (R410A of R32) gebruiken en inpandig uitsluitend water als thermisch transportmiddel aanwenden. Mitsubishi Electric heeft dergelijke hvrf’s niet alleen ontwikkeld, maar past ze tegenwoordig steeds meer toe. Sterker nog, het eerste 2-pijps hybride vrf in Europa – het ‘Generator Hostel’ aan het Oosterpark te Amsterdam - was afkomstig van Alklima, importeur van Mitsubishi Electric klimaatsystemen. Van Leerdam legt de werking uit van het systeem bij het Generator Hostel, een uit 1916 daterend gebouw dat lange tijd deel heeft uitgemaakt van de Universiteit van Amsterdam en waar de klimaatinstallatie op de schop ging en het Breeam-certificaat ‘very good’ kreeg. ‘Het hart van de installatie zijn hybride bc-controllers die hier 14 vrf-buitenunits met talloze binnenunits verbinden. Elke hbc-controller heeft vier platenwisselaars die, onafhankelijk van elkaar, zowel kunnen koelen als verwarmen. Op de ene wisselaar kunnen we verdampen terwijl we op de andere gelijktijdig condenseren. Elke binnenunit kan dus onafhankelijk van een andere unit, koelen of verwarmen. De energie die we onttrekken aan een ruimte waar wordt gekoeld, zetten we in voor verwarming van een andere ruimte. Alleen op het kleine stuk van de buitenunit naar de hbc-controller wordt een koudemiddel gebruikt, inpandig vindt alle warmtetransport met water plaats. Zo kan het koudemiddel nooit in de gebruiksruimtes komen, zowel de gemeenschappelijke als de individuele. Hotelgasten die in een van de 168 kamers hebben ingecheckt, kunnen de temperatuur via afstandsbediening zelf inregelen.’ Volgens van Leerdam heeft hvrf zowel na- als voordelen. ‘Het wordt al snel vergeleken met vrf, maar ik zou het eerder tegenover een traditioneel 4-pijpsysteem willen plaatsen. Hiermee valt het energiegebruik tot 40 procent te reduceren. Als je een hvrf met een vrf vergelijkt, dan zal de investering bij de eerste hoger zijn. Je krijgt er echter wel een gematigder en daardoor beter comfort voor terug. Het watergedragen leidingwerk bij een hvrf-systeem stelt meer aandacht aan de installatie. Bij een vrf vallen die gemakkelijker weg te werken. We merken in de markt dat Amerikaanse hotelketens het hvrf-concept omarmen. Zij stellen hogere eisen aan de koudemiddellimiet dan de Europese norm.’
Elke hbc-controller heeft vier platenwisselaars die, onafhankelijk van elkaar, zowel kunnen koelen als verwarmen.
Meer keuzes
Wat betreft koudemiddellen en de toepassing ervan geeft Van Leerdam duidelijkheid: ‘Voor vrf-systemen is R410A nog steeds het meest ideale koudemiddel. Immers, het draagt alleen bij aan het broeikaseffect op het moment dat het door lekkage in de atmosfeer terecht komt. Door goede regelgeving en gecertificeerde installateurs is het lekpercentage in ons land erg laag. De CO2-emissie door energiegebruik is vele malen hoger dan de CO2-emissie door lekkage.’ ‘Wil een eindgebruiker toch gebruikmaken van een koudemiddel met lagere gwp-waarde in een vrf systeem, dan is het hvrf-systeem met R32 een goede optie. Doordat R32 beperkt blijft tussen de buitenunit en hbc-controller hoeven voor dat gedeelte alleen maatregelen conform en 378 te worden genomen. Ammoniak en propaan zijn door hun giftigheid en explosiviteit absoluut niet geschikt voor toepassing in een direct expansiesysteem. CO2 als koudemiddel is qua gwp wel interessant, maar heeft andere eigenschappen en biedt met name mogelijkheden voor koelhuizen of warmtapwaterbereiding.’ De keuze tussen vrf en hvrf ligt dus bij de klant. Bij grotere toepassingen, zoals een hotel, een complex, een distributiecentrum, is het een afweging tussen initiële investeringen, CO2-reductie aan de hand van het koudemiddel en het totale energiegebruik. ‘Om dat scherp te krijgen, zal je als adviseur moeten doorvragen’, stelt Van Leerdam.
Een van de meer recente vrf-projecten van Alklima is het Busitel III, het vroegere kantoorpand van Deloitte in Amsterdam Sloterdijk
Nieuw vakgebied
Een van de meer recente vrf-projecten van Alklima is het Busitel III, het vroegere kantoorpand van Deloitte in Amsterdam Sloterdijk. Dit complex van meer dan 12.500 m3 zou eerst tot hotel worden verbouwd, maar kreeg op het laatste moment, eind 2018, door de gemeentelijke stop op nieuwe hotelbouw, toch weer een kantoorbestemming. De functiewijziging van het pand werd aangegrepen voor een ommezwaai naar ‘all electric’ dat het Energielabel van G naar A opkrikte, in lijn met de doelstelling van het rijk om het gasgebruik uit de gebouwde omgeving te faseren. Hotelketen Meininger had Busitel I en II eerder getransformeerd van kantoor naar hotel met bijna twaalfhonderd bedden. Vanaf het begin was M&O Techniek uit Wormer erbij betrokken en realiseerde het project binnen 4 maanden, ondanks het faillissement van een onderaannemer en luchtbehandelingskasten die al waren weggehaald. Ruud Meijns, directeur van M&O Techniek, is bijzonder tevreden over hoe Alklima met de uitvoering van het vrf-systeem bij dit spannende project is omgesprongen. Wel geeft hij een aandachtspunt bij hybride vrf. ‘De montage van hvrf is lastiger omdat je de lucht kwijt moet raken, je over goede beugels voor isolatie moet beschikken, minder kan wegwerken en alles nauwkeurig moet dimensioneren’, zegt hij. ‘Het belangrijkste verschil met een modern vrf-systeem is echter dat er een vakdiscipline bij komt: naast een stek-certificaat dien je als installateur ook kennis en inzicht in waterbehandeling te hebben. Dat zorgt voor veel meer werk. Hoewel hvrf een prachtig klimaatsysteem is, vraag ik me af of die voordelen niet wegvallen tegen de prijs, kwaliteit en installatie als je een watergedragen 4-pijpsysteem zou toepassen.’
Tekst: Tseard Zoethout, freelance journalist.
Fotografie: Industrie
Meer weten over innovatieve technieken en ontwikkelingen?
Meld u dan nu aan voor onze gratis nieuwsbrief.