Wat is een transkritisch CO₂-systeem?

Elk koudemiddel heeft een zogenaamd kritisch punt: een combinatie van druk en temperatuur waarbij het onderscheid tussen vloeistof en gas verdwijnt.
Voor CO₂ ligt dit kritische punt relatief laag, bij ongeveer 31 °C en 74 bar. Wanneer de temperatuur boven dit punt komt, kan CO₂ niet meer condenseren. De installatie werkt dan in het transkritische gebied. Onder dit punt spreekt men van subkritisch bedrijf, waar CO₂ zich wél als vloeistof en gas gedraagt.

Een transkritisch CO₂-systeem werkt dus:

• deels subkritisch (bij lage temperaturen),
• deels transkritisch (bij hogere temperaturen).

De basis van het systeem lijkt op een klassieke koelinstallatie, maar het hogedrukgedeelte werkt anders.

De werking in hoofdlijnen:

De CO₂ neemt warmte op in de verdampers, bijvoorbeeld in koel- of vriescellen. Het koudemiddel verdampt hierbij en stroomt als gas naar de compressor. De compressor verhoogt de druk en temperatuur sterk, vaak tot boven de 90 bar.
In plaats van een condensor stroomt het CO₂ daarna door een gaskoeler. Hier wordt het koudemiddel wel afgekoeld, maar niet vloeibaar. De warmte die hierbij vrijkomt, kan worden afgevoerd of juist nuttig worden ingezet voor warmteterugwinning.
Vervolgens verlaagt een hogedrukregelventiel de druk, waardoor een mengsel van vloeistof en gas ontstaat. In een zogenoemd flashvat wordt dit mengsel gescheiden: de vloeistof gaat terug naar de verdampers, terwijl het gas efficiënt wordt afgevoerd en opnieuw gecomprimeerd. Het systeem vormt zo een gesloten kringloop.

Om het rendement van transkritische CO₂-systemen te verbeteren, worden vaak aanvullende technieken toegepast:

• Boosteropstellingen met aparte compressoren voor lage- en middentemperatuur.
• Parallelcompressie, waarmee flashgas efficiënter wordt verwerkt.
• Ejectors, die expansieverliezen beperken en het energieverbruik verlagen.

Dankzij deze technieken zijn moderne CO₂-koelinstallaties aanzienlijk efficiënter dan de eerste generaties.

Transkritische CO₂-systemen worden vooral ingezet op locaties waar continu koeling nodig is en waar vaak ook een warmtevraag bestaat.

Ze zijn bijzonder geschikt voor;

• toepassingen met veel koel- en vriescapaciteit;
• installaties waar duurzaamheid en regelgeving een belangrijke rol spelen;
• situaties waarin warmteterugwinning een meerwaarde heeft;

In gematigde en koelere klimaten zijn deze systemen energetisch zeer concurrerend. Bij hogere buitentemperaturen zijn aanvullende technieken nodig om het rendement op peil te houden.

Een belangrijk voordeel is de zeer lage milieu-impact. CO₂ heeft praktisch geen bijdrage aan het broeikaseffect bij lekkage. Daarnaast zijn er technische en economische voordelen.

Zo biedt het systeem: een toekomstbestendige oplossing binnen de F-gassenregelgeving, goede energie-efficiëntie bij correct ontwerp, uitstekende mogelijkheden voor warmteterugwinning en een koudemiddel dat niet brandbaar is. In de praktijk kan de restwarmte van de installatie worden gebruikt voor verwarming of warm water, door deze warmteterugwinning het totale energiegebruik van een gebouw aanzienlijk daalt.

Tegenover de voordelen staan ook technische uitdagingen. De hoge werkdrukken stellen zware eisen aan componenten, leidingwerk en veiligheid. Daarnaast liggen de investeringskosten vaak hoger dan bij eenvoudige HFK-installaties. Ook vereist het ontwerp en onderhoud specifieke kennis. Een goed ontworpen en correct ingeregelde installatie is essentieel om het maximale rendement te behalen.

Door strengere milieuwetgeving en de uitfasering van synthetische koudemiddelen wordt CO₂ steeds vaker de standaard binnen grotere koelinstallaties. De techniek is volwassen geworden en blijft zich ontwikkelen, onder andere op het gebied van regeltechniek, warmteterugwinning en efficiëntie bij hogere buitentemperaturen. Daarmee vormt het transkritische CO₂-systeem een belangrijk onderdeel van duurzame en toekomstbestendige koeltechniek.