VRF-systemen bieden verschillende voordelen ten opzichte van chillers, maar daar staat tegenover dat een VRF-systeem een relatief groot volume aan koudemiddel met een hoge GWP-waarde gebruikt. Met de huidige discussie over aanscherping van de F-gassenverordening levert dat een stevige uitdaging op. We maken in twee delen een rondgang in de markt om te zien hoe fabrikanten anticiperen op toekomstige regelgeving. In dit eerste deel komt Martijn van Leerdam van Alklima|Mitsubishi Electric aan het woord.
Standaard koudemiddel
Voor klassieke VRF-systemen is R410A nog altijd de koudemiddel-standaard. Het wordt als een koudemiddel met prima thermodynamische eigenschappen beschouwd, maar ligt al lange tijd onder vuur vanwege zijn hoge GWP-waarde (GWP (100yr): 2.088). De Europese Commissie wil dat er voor nieuwe klimaatsystemen met een groter vermogen – zoals VRF – een verbod komt op de toepassing van koudemiddelen met een GWP-waarde hoger dan 750. Als dit plan erdoor komt in Brussel, wordt toepassing van R410A in nieuwe VRF-installaties vanaf 2027 verboden.
Te krap tijdpad
“Iedereen in de industrie begrijpt dat er wat met R410A zal gaan gebeuren”, aldus Martijn van Leerdam, consultant bij Alklima|Mitsubishi Electric. “Wij zijn ook zeker voorstander van koudemiddelregelgeving. De vraag is alleen wat in zowel technisch als economisch opzicht een haalbaar alternatief is, en het kost tijd om daar een goed antwoord op te vinden. Het voorstel waar nu in Europa over wordt gesproken, gaat uit van een tijdpad dat de sector te weinig ruimte geeft.”
Daarbij vindt Van Leerdam de focus op de GWP-waarde van koudemiddelen te eenzijdig. “Bij airco’s en warmtepompen heb je in Nederland een gemiddeld lekpercentage van minder dan 1 procent. Als je het klimaat wil beschermen, is het veel belangrijker dat installaties een optimaal rendement hebben en dus energie-efficiënt werken. Dat heeft over de hele levensduur van een installatie een veel grotere impact op de emissie van broeikasgassen, dan de mogelijkheid dat er wat koudemiddel lekt.”
R32 als alternatief?
De kritische noot van Van Leerdam wordt door verschillende andere leveranciers van HVAC-apparatuur gedeeld. Toch is het niet onwaarschijnlijk dat in Brussel wordt ingestemd met het Commissie-voorstel zodat het einde van R410A in VRF-installaties wordt ingeluid. Om iets preciezer te zijn: die ban zou vanaf 2027 gelden voor nieuwe installaties; voor onderhoudsdoeleinden zou R410A voorlopig nog wel mogen worden toegepast. Om voorbereid te zijn op een mogelijke ban, moeten fabrikanten op zoek naar een alternatief. Daarbij wordt veelvuldig naar R32 (GWP: 675) verwezen, dat al vaak in kleine splitsystemen wordt gebruikt.
VRF versus VRV
De termen VRF (Variable Refrigerant Flow) en VRV (Variable Refrigerant Volume) worden vaak door elkaar gebruikt. Het zijn verschillende aanduidingen voor hetzelfde systeemtype. Omdat Daikin – dat dit concept ooit als eerste uitvond – de naam ‘VRV’ als handelsnaam heeft vastgelegd, gebruiken andere fabrikanten die dit systeemtype op de markt brengen, er de naam VRF voor. Omwille van leesbaarheid hanteren we in dit artikel ‘VRF’.
Twee belangrijke nadelen
Volgens Van Leerdam heeft R32 voor grote installaties zoals VRF echter twee belangrijke nadelen: “Ten eerste is het licht-ontvlambaar, en ten tweede is de praktische limiet ervan acht keer lager dan die van R410A. Dat betekent bij lekkage dat R32 al in een veel lagere concentratie zuurstof verdringt, waardoor verstikking dreigt.” Van Leerdam illustreert wat dit in de praktijk betekent: “Als je in een hotel een VRF-systeem met R410A toepast, kan in een kamer 25 kilogram koudemiddel lekken voordat iemand er fysieke hinder van ondervindt. Zou je hetzelfde systeem toepassen met R32, dan is dat al het geval bij lekkage van 3 kilogram. De consequentie is dat je in elke hotelkamer individuele lekdetectie moet installeren. Die optie kunnen wij wel bieden, maar er zijn betere alternatieven.”
Anticipatie op strengere regels
Voor klassieke VRF-systemen is R32 volgens Alklima|Mitsubishi Electric dus geen logische optie; talloze veiligheidsmaatregelen maken zo’n installatie complex en duur. Volgens Van Leerdam heeft de R&D-afdeling van Mitsubishi Electric jaren geleden al op een andere manier geanticipeerd op strengere koudemiddel-wetgeving in de EU. “Onze partners in Japan volgen de Europese discussies over dit onderwerp op de voet. Dat heeft ruim acht jaar geleden geresulteerd in de komst van Hybride VRF.”
Veiligheidsmaatregelen bij grote R32-systemen
R32 heeft een A2L-classificatie, wat betekent dat het koudemiddel een lage toxiciteit (A) en een lage ontvlambaarheid met lage brandsnelheid (2L) heeft. De classificatie heeft gevolgen voor de koudemiddelinhoud van R32. Is de vulling kleiner dan 1,86 kilogram, dan kan een toestel op elke locatie worden geplaatst. Bij een groter koudemiddelvolume moet echter rekening worden gehouden met specifieke vulhoeveelheden. De maximale vulhoeveelheid (M) wordt bepaald aan de hand van de LFL (lower flammable limit) van het koudemiddel, die voor R32 0,31 kg/m³ is, de vloeroppervlakte (A) en de hoogte waarop het binnendeel wordt geplaatst (h).
De formule waarmee de maximale vulling wordt berekend, is: M = 2,5 x LFL1,25 x h x A1/2. Voor een kamer met een oppervlakte van 12 m² en een binnenunit op 2,5 meter hoogte is de maximale vulling dus 5,01 kg. Is de vulling groter, wat met een VRF-systeem al snel het geval is, dan moeten extra veiligheidsmaatregelen worden getroffen. Er moet een permanent automatisch detectiesysteem voor het lekken van koudemiddel, en een ingebouwde automatische diagnoseprocedure voor lekdetectie zijn geïnstalleerd. Daarnaast moet het systeem in staat zijn om de resterende koudemiddel(en) automatisch te isoleren en in te sluiten als reactie op een geconstateerd lek.
Alleen water in binnenpandig leidingwerk
Bij Hybride VRF – of HVRF – wordt alleen tussen het buitenpandig deel en de BC-Controller koudemiddel toegepast. In de BC-Controller, die zorgt voor de energie-uitwisseling binnen het systeem, wordt de warmte of koude van het koudemiddel overgedragen op water. Dat water wordt vervolgens via binnenpandig leidingwerk naar de binnenunits gedistribueerd. Van Leerdam: “Zo zijn er alleen veiligheidsmaatregelen nodig bij de BC-Controller, die in een niet-verblijfsruimte hangt.” Bij de toepassing van HVRF wordt door de warmtewisselaar en extra pomp wat energieverlies geleden. Het rendement van HVRF is dan ook wat lager dan dat van VRF. “Met onze hybride variant kunnen we bij verder aangescherpte koudemiddelwetgeving echter wel het comfort en de mogelijkheid om gelijktijdig te koelen en verwarmen met energie-uitwisseling van VRF blijven bieden.”
Trager reagerend systeem
Een ander bijzonder kenmerk van de hybride variant is dat hij iets trager reageert dan standaard VRF, omdat water ten opzichte van koudemiddel wat langzamer is bij de energieoverdracht. Of dat een belemmering vormt, hangt volgens Van Leerdam af van de toepassing. “De warmte- en koudevraag van hotelgasten kan onvoorspelbaar zijn; sommige hotels kunnen daarom wellicht een voorkeur voor een sneller reagerend klimaatsysteem hebben. Andersom kan HVRF in kantoren juist als veel comfortabeler worden ervaren, omdat het minder snelle temperatuur-variaties geeft. Hoe dan ook blijft de selectie van de juiste klimaatinstallatie toch altijd maatwerk.”
Variant met propaan
Volgens Van Leerdam is HVRF een aardig succes op de markt. Inmiddels werkt Mitsubishi Electric aan een variant van het systeem die propaan gebruikt in plaats van R32. Propaan heeft een nog veel lager GWP (3) dan R32 en de praktische limiet ervan is ook weer acht keer lager, net zoals de limiet van R32 acht keer lager is dan die van R410A. “Als ik naar de toekomst kijk, denk ik dat natuurlijke koudemiddelen, voor zover toepasbaar, ook bij Mitsubishi Electric steeds meer de voorkeur gaan krijgen. Daarbij lijkt propaan de meest logische variant, ook voor HVRF”, aldus Van Leerdam. “Door de hogere brandbaarheid brengt dit koudemiddel nieuwe veiligheidsmaatregelen met zich mee, maar dit blijft beperkt tot een klein installatieonderdeel van het systeem.”