Wat is een cascadesysteem en hoe werkt het?

Een cascadesysteem bestaat uit een LT-kring (lage temperatuur) en een HT-kring (hogere temperatuur). Beide kringen hebben hun eigen compressor, verdamper, expansieorgaan en eigen koudemiddel. De LT-kring condenseert in een cascadewarmtewisselaar tegen de verdampingstemperatuur van de HT-kring. De HT-kring voert die opgenomen warmte vervolgens af aan de omgeving (lucht of water).

In de cascadewarmtewisselaar condenseert de LT-kring terwijl de HT-kring verdampt; de HT-kring brengt de opgenomen warmte vervolgens via de condensor naar buiten.

1. LT-verdamping: Het LT-koudemiddel verdampt op zeer lage temperatuur (bijv.: -35°C) en neemt warmte op uit het proces of de ruimte.
2. LT-compressie: De LT-compressor verhoogt de druk tot een niveau dat past bij de cascadewarmtewisselaar.
3. Warmteoverdracht in de cascadewisselaar: De LT-damp condenseert, terwijl de HT-zijde verdampt en die warmte opneemt.
4. HT-compressie en warmteafvoer: De HT-compressor verhoogt de druk verder zodat het HT-koudemiddel kan condenseren in de condensor/gaskoeler; de warmte verlaat het systeem richting buitenlucht of koelwater.
5. Expansie en terugkeer: Beide kringen expanderen afzonderlijk terug naar hun verdampingstemperatuur en de cyclus herhaalt zich.

Situaties waarbij er voor een cascadesyteem gekozen kan worden.

• Zeer lage temperaturen: Voor shockvriezen, diepvriesopslag of proceskoeling (-30 °C tot -50 °C).
• Warmer klimaat: Wanneer u een medium als CO2 subkritisch wilt houden aan de LT-zijde en de efficiëntie stabiel wilt houden bij hoge buitentemperaturen.
• Veiligheid & wetgeving: Risicovollere media (bijv. ammoniak) concentreren in de machinekamer, en elders een ander medium gebruiken (bijv. CO2 of R290).
• Flexibiliteit in koudemiddelen: Per kring het best passende medium kiezen voor temperatuur, materiaalcompatibiliteit en onderhoud.

• Efficiëntie bij lage temperaturen
  In een cascadesysteem condenseert de LT-kring op het gunstigere temperatuurniveau van de cascadewarmtewisselaar, in plaats van direct tegen buitentemperatuur. Daardoor wordt de drukverhouding per kring kleiner en blijven persgastemperaturen lager. Het resultaat is een hogere COP/EER op het nominale punt en vooral een betere SEPR over het hele jaar, zeker bij –30 °C tot –50 °C toepassingen. Met CO₂ aan LT-zijde kan de kring subkritisch blijven (echte condensatie), wat in warme klimaten merkbaar rendementsverlies voorkomt en de bedrijfskosten drukt. Minder thermische stress betekent bovendien rustiger loop, minder uitval en een langere compressorlevensduur.
• Scheidt veiligheidsklassen
  LT en HT zijn gescheiden koelkringen. U kunt een risicovoller koudemiddel (bijv. NH₃) concentreren in de machinekamer met korte leidingtrajecten en beperkte vulhoeveelheid, terwijl u in de verkoop- of productieruimte een veiliger of passend medium gebruikt (bijv. CO₂ of R290). Dit vereenvoudigt risicobeoordeling, detectie/ventilatie, drukbeveiliging en compliance (o.a. EN 378 en lokale eisen). Praktisch gevolg: een lager totaal veiligheidsprofiel, vaak gunstiger verzekerbaarheid, minder impact bij storingen en service die vaker per kring uitgevoerd kan worden zonder het hele systeem buiten bedrijf te zetten.
• Ontwerpvrijheid per koudemiddel
  Omdat beide kringen losstaan, kiest u per deel het beste medium voor het werkgebied: bijvoorbeeld CO₂ voor diepe LT-temperaturen en NH₃ of R290/HFO voor efficiënte warmteafvoer aan HT-zijde. Zo optimaliseert u energiegebruik, materiaalcompatibiliteit, onderhoudsconcept en beschikbaarheid van componenten. Cascade laat zich bovendien modulair opschalen (extra LT-kring of capaciteit toevoegen), is goed te integreren met bestaande HT-installaties en biedt een helder punt voor warmteterugwinning (condensatietraject HT). Dat maakt het ontwerp toekomstvast, zowel technisch als bedrijfseconomisch (TCO/TEWI/LCCP).

• NH₃ (ammoniak) / CO₂
  Waarom bekend: in industrie en vrieshuizen de “klassieker”. NH₃ (HT-zijde) is zeer efficiënt, goedkoop en heeft GWP≈0, maar is toxisch; door NH₃ te beperken tot de machinekamer houdt u de vulhoeveelheid klein en de risico’s beheersbaar. CO₂ (LT-zijde) is uitstekend op zeer lage temperaturen (hoge volumetrische capaciteit, goede warmteoverdracht). In cascade condenseert CO₂ subkritisch tegen de HT-verdamping, waardoor het rendement ook in warme klimaten hoog blijft. In het kort: maximale efficiëntie + lage NH₃-charge + sterke LT-prestaties.
• R290 (propaan) / CO₂
  Waarom bekend: veel gebruikt in commerciële en middelgrote systemen wanneer NH₃ onwenselijk of beleidsmatig lastig is. R290 (HT-zijde) heeft een hoog rendement en blijft, dankzij cascade, met kleine A3-charges in een machinekamer goed beheersbaar. CO₂ (LT-zijde) levert de lage temperaturen; de cascade houdt CO₂ subkritisch. Servicekennis en componenten zijn breed beschikbaar. Om het kort: hoog rendement zonder NH₃, kleine brandbare charge centraal geborgd, goede LT-performance.

Een producent wil: -40 °C producttemperatuur met stabiele jaarprestaties. Met CO2/NH3-cascade kan de CO2-LT-kring efficiënt op lage temperaturen werken, terwijl de NH3-HT-kring warmte afvoert naar buiten en in de machinekamer blijft. Resultaat: goede energieprestaties, duidelijke veiligheidsgrenzen en schaalbaarheid.