Chiller: werking en soorten bij proceskoeling
In veel productieprocessen ontstaat warmte die je continu moet afvoeren om de procestemperatuur in de hand te houden. Een chiller is daarvoor een van de meest gebruikte oplossingen. In dit artikel lees je hoe een chiller werkt, welke soorten en opstellingen er zijn en hoe je er zuinig mee koelt.
Wat is een chiller?
Een chiller is een koelmachine die water of een mengsel van water en glycol afkoelt en rondpompt, zodat die vloeistof de warmte uit een proces, machine of ruimte afvoert. Omdat hij met een koudemiddel werkt, haalt een chiller ook een watertemperatuur onder die van de omgeving.
Je kent hem ook als koudwatermachine, waterkoeler of koelmachine. Een chiller in een productieproces heet ook wel proceskoeler of industriële koeler voor proceswater.
In de chiller lopen twee gescheiden circuits: een watercircuit en een gesloten koudemiddelcircuit. Ze wisselen in de verdamper alleen warmte uit, de vloeistoffen mengen niet.
Het principe is natuurkundig: een vloeistof die verdampt, neemt warmte op en een gas dat condenseert, geeft warmte af. Bij de meeste chillers houdt een compressor die cyclus in beweging, langs vier hoofdonderdelen:
- Compressor: zuigt het gasvormige koudemiddel aan en perst het samen, waardoor de druk en de temperatuur van het gas stijgen.
- Condensor: voert de warmte van het hete gas af, waardoor het koudemiddel condenseert tot vloeistof.
- Expansieventiel: laat het vloeibare koudemiddel expanderen naar een lage druk, waardoor de temperatuur sterk daalt. Dit onderdeel heet ook wel smoorventiel.
- Verdamper: werkt als warmtewisselaar tussen het water en het koude koudemiddel, dat de warmte uit het water opneemt en daarbij verdampt, waarna de cyclus opnieuw begint.
Aan de waterkant stuurt een pomp het gekoelde aanvoerwater naar de verbruiker, waarna het opgewarmde retourwater terugstroomt naar de verdamper. Het temperatuurverschil tussen aanvoer en retour bepaalt samen met het debiet hoeveel warmte het water afvoert.
Bij een uitvoering met een open tank staat het water in contact met de lucht, bij een gesloten circuit gaat er geen water verloren door verdamping.
Welke soorten chillers zijn er?
Chillers deel je in naar de manier waarop ze de warmte uit het koudemiddel afvoeren: via de omgevingslucht of via koelwater. Welke uitvoering past, hangt vooral af van de plek van opstelling en de vraag of er al een koelwatervoorziening is.
Luchtgekoelde chillers
Een luchtgekoelde chiller geeft de warmte via een condensor en ventilatoren af aan de omgevingslucht. Je hebt geen koeltoren of koelwateraansluiting nodig, wat de installatie eenvoudig houdt.
Het koelvermogen daalt wel naarmate de lucht rond de condensor warmer wordt. Houd daar rekening mee bij de plaatsing van luchtgekoelde koelers, zeker als de afgevoerde warmte in een productiehal terechtkomt.
Watergekoelde chillers
Een watergekoelde chiller voert de warmte af via koelwater, bijvoorbeeld uit een koeltoren, een drycooler of het leidingnet. De warmte vertrekt met dat koelwater, dus er blaast geen ventilator warme lucht de hal in.
Daar staan een koelwateraansluiting en waterbehandeling tegenover. Weeg die mee als je watergekoelde koelers overweegt.
Waar worden chillers in de industrie gebruikt?
Chillers worden in de industrie vooral gebruikt voor proceskoeling: ze voeren warmte af uit machines, producten en installaties. Wat een chiller precies koelt, verschilt per sector. Enkele voorbeelden:
- Kunststof- en rubberverwerking: de chiller koelt matrijzen, walsen en de hydrauliek van machines.
- Chemische en farmaceutische industrie: hier voert een chiller de warmte af uit dubbelwandige reactoren.
- Voedingsmiddelenindustrie: proceslijnen krijgen hun koude water van een chiller.
In al die toepassingen draait het om een stabiele procestemperatuur, want die houdt de cyclustijd gelijk en de productkwaliteit constant. Een storing in de koeling leidt al snel tot stilstand of afkeur. Bedrijfszekerheid weegt daarom net zo zwaar als koelvermogen.
Wanneer heb je een chiller nodig?
Je hebt een chiller nodig wanneer je proces kouder water vraagt dan de buitenlucht of verdampingskoeling kan leveren, of wanneer de watertemperatuur niet van het weer mag afhangen.
Een drycooler koelt een vloeistof alleen met buitenlucht, via een warmtewisselaar en ventilatoren, zonder compressor of koudemiddel. De vloeistof wordt daardoor nooit kouder dan de buitenlucht.
Adiabatische koeling komt lager, maar niet of nauwelijks onder de natteboltemperatuur van de buitenlucht. Een chiller haalt binnen zijn koelvermogen en de toegestane omgevingstemperatuur ook op een warme zomerdag de ingestelde watertemperatuur.
Hoe werkt een chiller samen met een tempereerapparaat?
Een chiller en een tempereerapparaat werken samen doordat de chiller het koelwater levert waarmee het tempereerapparaat zijn verbruiker koelt. Een tempereerapparaat houdt een verbruiker, zoals een matrijs, op een ingestelde temperatuur door te verwarmen en te koelen.
Voor het koelen voert het de overtollige warmte uit zijn circuit af aan koelwater uit het leidingnet, een centrale koelwatervoorziening of een chiller. Een tempereerapparaat koelt nooit verder dan de temperatuur van dat koelwater toelaat.
Moet de verbruiker op een lage temperatuur blijven, of schommelt de temperatuur van het beschikbare koelwater, dan levert een chiller koelwater op een vaste, lage temperatuur. Zo verdelen beide apparaten het werk: de chiller voert de warmte af en het tempereerapparaat regelt de exacte procestemperatuur.
Kies je een centrale of decentrale chiller?
Een centrale of decentrale chiller kies je op basis van het aantal machines, hun temperatuurwensen en de ruimte in je hal. Bij een centrale opstelling levert één grotere chiller via een leidingnet koelwater aan meerdere machines. Bij een decentrale opstelling heeft elke machine of productielijn een eigen, kleinere chiller dicht bij de verbruiker.
Een centrale opstelling bundelt het onderhoud op één plek, maar levert één watertemperatuur voor alle machines en vraagt langere leidingen. Valt de chiller uit, dan staan alle aangesloten machines stil.
Een decentrale opstelling geeft elke machine zijn eigen temperatuur, houdt de leidingen kort en beperkt een storing tot één lijn. Daar staan meer apparaten tegenover om te onderhouden, en bij luchtgekoelde uitvoeringen komt de afgevoerde warmte op meerdere plekken in de hal vrij.
Hoe efficiënt is een koelmachine?
De efficiëntie van een koelmachine is de verhouding tussen de warmte die hij afvoert en de elektrische energie die hij daarvoor gebruikt. Voor één bedrijfspunt, meestal vollast, heet die verhouding de EER (energy efficiency ratio).
Een chiller die 30 kW warmte afvoert bij een EER van 3, neemt in dat bedrijfspunt dus ongeveer 10 kW elektrisch vermogen op. Deze berekening is indicatief, geeft geen garantie en vervangt geen persoonlijk advies.
Omdat een chiller vaak in deellast draait, weegt de SEPR (seasonal energy performance ratio) de efficiëntie bij meerdere deellastpunten mee. Ook de watertemperatuur en de omgevingstemperatuur bepalen het werkelijke verbruik.
De Ecodesign-verordening (EU) 2016/2281 stelt minimumwaarden voor de SEPR van proceskoelers voor hoge temperaturen met een koelvermogen tot 2 MW.
Hoe bespaar je energie met een chiller?
Energie bespaar je met een chiller door het apparaat gecontroleerd te laten draaien. Water dat kouder is dan nodig, kost namelijk extra elektrisch vermogen zonder dat je proces er iets aan heeft. Daarnaast kun je de buitenlucht en de afgevoerde warmte benutten:
- Watertemperatuur niet lager dan nodig: hoe hoger de watertemperatuur, hoe minder warmte de chiller omhoog hoeft te pompen en hoe hoger zijn EER uitvalt.
- Freecooling: zodra de buitenlucht kouder is dan het retourwater, koelt een luchtgekoelde warmtewisselaar het water voor, zodat de koelcyclus minder of helemaal niet hoeft te draaien.
- Warmteterugwinning: de warmte die de chiller afvoert, zet je nuttig in, bijvoorbeeld om ruimtes of water voor te verwarmen.
Freecooling loont vooral bij processen die het hele jaar door koeling vragen. Warmteterugwinning levert het meeste op als er tegelijk met de koelvraag ook een warmtevraag is, zoals ruimteverwarming of voorverwarmd proceswater.
Welk koudemiddel zit er in een chiller?
In een chiller zit een HFK zoals R-134a, een HFO met een lage GWP (global warming potential) zoals R-1234yf of een natuurlijk koudemiddel zoals propaan (R-290), CO₂ (R-744) of ammoniak (R-717).
Vanaf 1 januari 2027 verbiedt de F-gassenverordening (EU) 2024/573 het in de handel brengen van stationaire chillers met F-gassen: tot en met 12 kW met een GWP van 150 of meer, boven 12 kW met een GWP van 750 of meer, behalve als dat nodig is voor veiligheidseisen op de installatielocatie.
Wat de uitfasering van koudemiddelen betekent voor nieuwe en bestaande installaties, staat in het artikel over de F-gassenverordening. De informatie over regelgeving in dit artikel is algemeen, geen juridisch advies en gebaseerd op de regelgeving op de publicatiedatum.
Advies over een chiller voor jouw proces
Tool-Temp Benelux levert luchtgekoelde koelers met een koelvermogen tussen 5 en 216 kW en watergekoelde koelers vanaf 14 kW, voor proceswater tussen 10 en 40 °C. Je krijgt voorraad, service en onderdelen vanuit Best. Heb je tijdelijk een chiller nodig, dan kun je ook een chiller huren of in huurkoop nemen.
Twijfel je welke uitvoering bij je proces past, dan adviseert Tool-Temp je persoonlijk, met meer dan 50 jaar ervaring in procestemperatuur. Bel +31 (0)40 22 66 922 of mail naar info@tool-temp-benelux.nl.
Veelgestelde vragen over chillers
Wat is het verschil tussen een chiller en een airco?
Een airco koelt direct de lucht in een ruimte, een chiller koelt een vloeistof die via leidingen naar de verbruikers stroomt. Bij een split- of VRF-airco circuleert het koudemiddel tot in de binnenunit, bij een chiller blijft het in de machine. Daardoor kan één chiller meerdere machines of ruimtes tegelijk van koud water voorzien.
Waarom zit er glycol in een koudwatermachine?
Glycol zit in een koudwatermachine als antivries: het verlaagt het vriespunt, zodat de vloeistof niet bevriest als de chiller rond of onder 0 °C koelt of in een ruimte staat die kan bevriezen. Glycol heeft wel een lagere soortelijke warmte dan water, waardoor de vloeistof bij hetzelfde debiet en temperatuurverschil minder warmte afvoert.
Hoeveel koelvermogen moet een chiller hebben?
Een chiller moet minstens zoveel koelvermogen hebben als de warmte die je proces afgeeft, de koellast. Kies je het vermogen te krap, dan loopt de procestemperatuur op, terwijl een ruim gekozen chiller vaker in deellast draait. Hoe je de koellast uitrekent, lees je in het artikel over koelvermogen berekenen.
Heeft een chiller onderhoud nodig?
Een chiller heeft onderhoud nodig om zijn koelvermogen en efficiëntie te behouden. Bij een luchtgekoelde chiller verwijder je regelmatig stof en vuil van de condensor, want een vervuilde condensor voert minder warmte af. Controleer daarnaast de waterkwaliteit, de filters en de doorstroming, en laat werk aan het koudemiddelcircuit over aan een koeltechnicus.
Vraag het Gerd
Denkt graag met je mee.
