Koelunit

De koelunit vormt de actieve kern van koelinstallaties in de woningbouw, utiliteit en industrie. Door gebruik te maken van de verdamping en condensatie van een koudemiddel verplaatst het systeem thermische energie van een plek waar het ongewenst is naar een plek waar het geen kwaad kan. Een compressor verhoogt de druk van het gasvormige koudemiddel, waarna de condensor de warmte afgeeft aan de buitenlucht of koelwater. Via een expansieventiel daalt de druk abrupt, waardoor het middel sterk afkoelt en in de verdamper opnieuw warmte uit de te koelen ruimte kan opnemen. Dit proces herhaalt zich continu. In de moderne bouw is de integratie van koelunits cruciaal om hittestress in zwaar geïsoleerde gebouwen te beheersen.

De operationele cyclus van een koelunit steunt op de voortdurende circulatie van een koudemiddel door een gesloten circuit van leidingen en componenten. Het proces vangt aan bij de mechanische compressie. De compressor perst het gasvormige koudemiddel samen, waardoor de druk en de temperatuur gelijktijdig stijgen tot een niveau dat ver boven de omgevingstemperatuur ligt. Een cruciaal moment voor de warmteoverdracht.

Vervolgens vindt in de condensor de warmteafgifte plaats aan een extern medium, zoals de buitenlucht of een watercircuit in een koeltoren. Het gas condenseert hierbij tot een vloeistof onder hoge druk. De afgevoerde energie verdwijnt uit het systeem. Na de condensor passeert de vloeistof een expansieventiel of een capillaire leiding. Een plotselinge drukval. Dit resulteert in een drastische daling van de temperatuur van het koudemiddel, dat nu deels vloeibaar en deels gasvormig de verdamper instroomt.

In de verdamper vindt de feitelijke koeling van de beoogde ruimte of vloeistofstroom plaats. Het koude middel absorbeert thermische energie uit de omgeving, waarbij het resterende vloeibare deel verdampt tot gas. De cyclus sluit zodra de compressor dit gasvormige middel opnieuw aanzuigt. Moderne systemen variëren hierbij vaak het toerental van de compressor via inverter-technologie om de koelcapaciteit nauwgezet af te stemmen op de actuele koellast. Sensoren in het circuit meten constant de druk en temperatuur om de doorstroomhoeveelheid van het koudemiddel via elektronische expansieventielen bij te sturen. Geen statisch proces, maar een dynamische balans tussen energievraag en warmteafvoer.

Directe Expansie (DX) en Koudwatermachines

In de installatietechniek maken we een fundamenteel onderscheid tussen directe expansie en indirecte systemen. Bij een DX-unit stroomt het koudemiddel rechtstreeks naar de warmtewisselaar in de te koelen ruimte. Denk aan de klassieke airconditioning. De verdamping vindt ter plekke plaats. Snel en efficiënt voor kleinere volumes. Een koudwatermachine, ook wel chiller genoemd, werkt anders. Deze koelt een secundair medium af, meestal water of een water-glycolmengsel. Dit gekoelde water transporteert de koude naar diverse afgiftepunten zoals klimaatplafonds of inductie-units. In grote utiliteitsgebouwen is dit de standaard. Het systeem is veiliger omdat de koudemiddelinhoud beperkt blijft tot de centrale koelunit zelf. Geen koudemiddelleidingen door het hele pand.

De manier waarop de koelunit zijn warmte loost, bepaalt grotendeels de systeemkeuze. Luchtgekoelde units zijn het meest zichtbaar. Ze staan op daken en maken gebruik van krachtige axiaalventilatoren. Eenvoudig te installeren, maar gevoelig voor hoge buitentemperaturen. Het rendement keldert zodra de thermometer de dertig graden passeert. Watergekoelde koelunits zijn een technisch alternatief. Ze dragen warmte over aan een watercircuit dat verbonden is met een koeltoren of een bodembron. Compactere bouw. Hogere efficiency. Minder geluidsoverlast voor de omgeving. De complexiteit van het waterzijdig beheer is echter een nadeel dat niet onderschat mag worden.

Monoblock of Split-configuratie

Een monoblock-unit herbergt alle componenten in één enkele behuizing. Vaak een robuuste kast voor buitenopstelling. Geen koeltechnische handelingen op locatie nodig. Split-units scheiden de componenten. De condensor en compressor staan buiten, terwijl de verdamper binnen in een luchtbehandelingskast of wandmodel zit. Verbonden door koperen vloeistof- en zuiggasleidingen. Dit vereist een gecertificeerde F-gassen monteur voor de montage. Een noodzakelijk kwaad voor optimale flexibiliteit in de gebouwindeling.

Oudere koelunits werken vaak volgens het aan/uit-principe. De compressor draait voluit of staat stil. Dit leidt tot een onrustig temperatuurverloop en onnodig veel starts. Pendelgedrag verkort de levensduur. Moderne inverter-gestuurde units variëren de frequentie van de compressor. Traploze regeling. Het systeem levert precies de koellast die op dat moment gevraagd wordt. In grotere installaties zien we vaak VRF-systemen (Variable Refrigerant Flow). Hierbij kunnen tientallen binnenunits op één enkele buitenunit worden aangesloten, waarbij elke ruimte afzonderlijk kan koelen of soms zelfs verwarmen door warmte-uitwisseling tussen de ruimtes onderling.

Een serverruimte zonder actieve koeling verandert binnen minuten in een oven. Hier draaien koelunits vaak in een zogenaamde N+1 opstelling. Redundantie is cruciaal. Valt de primaire unit uit door een storing in de compressor? Dan neemt de stand-by unit het direct over om dataverlies of hardware-schade te voorkomen. Je ziet deze units vaak opgesteld op trillingsdempers om contactgeluid met de rest van de constructie te vermijden.

In de retailsector, denk aan een middelgrote supermarkt, vind je de koelunit meestal op het dak of in een afgeschermde technische ruimte achter de winkel. Dikke, met zwarte isolatie omhulde leidingen lopen vanaf de centrale unit naar de koelschappen en vriescellen. Een praktisch herkenningspunt bij slecht onderhoud: ijsvorming op de lamellen van de verdamper. De unit kan zijn warmte niet meer kwijt. Het rendement keldert direct.

De moderne woningbouw maakt gebruik van de koelunit als onderdeel van de warmtepomp. Tijdens een hittegolf draait het proces om. De buitenunit onttrekt warmte aan de woning en voert dit af naar de buitenlucht, terwijl het koude water door de vloerverwarmingsslangen stroomt. Geen ijskoude vloer, maar een topkoeling die de temperatuur net die cruciale drie tot vier graden verlaagt. Let bij dit soort installaties altijd op de condensafvoer; een verstopte leiding bij de binnunit zorgt onherroepelijk voor waterschade aan het stucwerk.

Onderhoud en herkenning

Loop langs een kantoorpand en kijk naar de gevel. De buitenunit van een split-systeem is herkenbaar aan de axiaalventilator achter een beschermrooster. Bij een chiller-systeem op een dak zie je vaak grote batterijen met koperen pijpen en aluminium vinnen. Vervuiling door pollen of stof werkt hier als een isolatiedeken. Regelmatig reinigen met lage druk is noodzakelijk om de thermodynamische efficiëntie te behouden.

Installeren is niet vrijblijvend. De F-gassenverordening dicteert streng. Werken met koudemiddelen? Alleen voor gecertificeerde monteurs onder de BRL 100-regeling. De wetgever wil emissies voorkomen. Elk lek is een milieuslachtoffer en een juridisch risico voor de eigenaar van de koelunit. Logboekplicht is hierbij het toverwoord voor installaties met een CO2-equivalent boven de vijf ton.

Geluidsnormen in de leefomgeving

De BBL stelt grenzen. Harde grenzen. Sinds 1 april 2021 mag een buitenunit bij de perceelgrens 's nachts niet meer dan 40 dB produceren. Overdag ligt de lat op 45 dB. Een rekenmodel of een geluidsmeting moet dit aantonen bij de vergunningaanvraag of melding. Een verkeerde plek op het dak leidt onherroepelijk tot handhavingstochten van de gemeente. Trillingsisolatie en geluidskappen zijn vaak geen luxe maar bittere noodzaak om aan deze eisen uit het Besluit bouwwerken leefomgeving te voldoen.

Veiligheid en inspectie

NEN-EN 378 is de leidraad voor veiligheid en milieu. Deze norm stelt eisen aan de machinekamer, de ventilatie en de maximale vulling van koudemiddelen in relatie tot de ruimte-inhoud. Bij koelunits met een nominaal koelvermogen van meer dan 70 kW komt de EPBD III om de hoek kijken. Een verplichte keuring om de vier jaar. De inspecteur kijkt dan niet alleen of het ding nog draait, maar vooral of het rendement nog wel aansluit bij de huidige stand der techniek. Energiebesparing is hierin de drijvende kracht. Verwaarloosd onderhoud leidt bij deze keuringen vaak tot een negatief advies, wat directe gevolgen kan hebben voor de energielabels van het vastgoed.

De koelunit zoals we die nu kennen, vindt zijn oorsprong in de vroege negentiende eeuw. Voor die tijd was koeling een kwestie van logistiek: natuurijs werd in de winter uit vijvers gehakt en opgeslagen in zwaar geïsoleerde ijskelders. Een omslachtig proces. De technologische kanteling vond plaats in 1834, toen Jacob Perkins het eerste patent aanvroeg voor een dampcompressiesysteem. Een doorbraak. Dit systeem legde de basis voor de moderne thermodynamische cyclus waarbij een koudemiddel in een gesloten circuit circuleert.

In de decennia daarna verschoof de focus naar industriële toepassingen. Slachthuizen en brouwerijen waren de eerste grootgebruikers. De vroege koelunits werkten met gevaarlijke en brandbare stoffen zoals ammoniak, methylchloride en zwaveldioxide. Lekkages waren vaak fataal. Dit veranderde in de jaren dertig van de twintigste eeuw met de introductie van chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's), beter bekend onder de merknaam Freon. Deze gassen waren chemisch stabiel en onbrandbaar. De koelunit kon hierdoor veilig worden verkleind voor gebruik in de woningbouw en utiliteit.

De laatste veertig jaar staat de ontwikkeling vooral in het teken van milieu-impact. Het Montreal Protocol uit 1987 luidde het einde in van de ozonlaagafbrekende CFK's. Een nieuwe generatie koudemiddelen, de HFK's, nam het stokje over. Inmiddels dwingt de klimaatcrisis de sector opnieuw tot innovatie. De transitie naar natuurlijke koudemiddelen zoals CO2 (R744) en propaan (R290) is in volle gang. Technisch uitdagend vanwege de hoge drukken of brandbaarheid, maar noodzakelijk. Waar de focus voorheen lag op pure koelcapaciteit, draait de huidige evolutie om modulerende inverter-techniek en de integratie met warmtepompsystemen. De koelunit is geëvolueerd van een luidruchtige industriële machine naar een fijngevoelig, computergestuurd onderdeel van het gebouwbeheersysteem.

• https://www.klimaat-totaal.nl/pg-17866-7-135814/pagina/hoe_werkt_eem_koelinstallatie.html
• https://www.horecakoeltechniek.nl/c-5493168/koelmachine-inhang-unit/
• https://denieuwewilg.nl/koeling/
• https://www.hoteco.nl/betonkoeling/
• https://www.vlaanderen.be/veka/energie-en-klimaatbeleid/energie-en-klimaatbeleid-voor-ondernemingen/f-gassen/regelgeving-inzake-het-gebruik-van-f-gassen
• https://ennatuurlijk.nl/over-ons/nieuws/hoe-maak-je-de-juiste-keuze-voor-koeling-je-woningbouwproject
• https://www.woningborg.nl/media/jxrjgque/woningborg-notitie-verwarmen-en-koelen.pdf
• https://topsectorenergie.nl/nl/kennisbank/factsheets-koudetechnieken/