Onderwerp: optimalisatie van voedsel koeling

Ik heb voor mijn bootclub een artikeltje geschreven over optimaliseren van de koeling op mijn boot. Hier volgt de Nederlandse vertaling voor geinteresseerden op het ZF.

Op mijn boot is een standaard door Beneteau ingebouwde koelkist aanwezig met een inhoud van ong. 95 liter.Het electrische koelsysteem is van Frigiboat met een Danfoss compressor, luchtgekoelde condensor (met fan) en een verdamper zonder "koude accu". De thermostaat is mechanisch (met capillair) en de sensor zit op de verdamper gemonteerd.
Soortgelijk uitgevoerde koelsystemen, ook van andere merken, vind je op veel andere boten. Ma Belle is nooit op walstroom aangesloten. Ze ligt op een swing mooring voor de deur en als we tochten maken zijn we voor de nacht altijd geankerd.
Bij warm weer verbruikte deze installatie meer dan 70 Ahr per etmaal, verreweg de grootste stroomverbruiker. Dit "constant cycling" systeem draaide 24 uur per etmaal ongeacht de laad staat van de accus. Op zich leveren de zonnepanelen meestal voldoende energie om aan de stroomvraag te voldoen, maar ik vond het geen prettig idee 's-morgens wakker te worden en met half ontlade accus de dag te beginnen, zeker niet als het een bewolkte dag is. Constant cycling koeling is ook inefficient vanwege het vaak starten van de compressor. Minder frequente maar langere compressor periodes kosten minder energie.

Met wat onderdeeltjes van Aliexpress, een stuk corian en een flink aantal "koude blokken", heb ik van mijn constant cycling koeling een semie-eutektisch koelsysteem gemaakt, zodat het elektriciteitsverbruik 's-nachts sterk teruggelopen is. Ook is de temperatuur nu veel beter regelbaar.

Eerst nog even vermelden dat ik vooraf het bestaande systeem efficienter heb gemaakt door wat welbekende maatregelen:

1. Verbeterde schuim isolatie rondom de koelkist. Deze was niet slecht, maar voor verbetering vatbaar.
2. Nieuw afsluitrubber voor deksel.
3. Verbeterde toevoer van koele lucht uit de bilge voor condensator fan onder de gootsteen in kombuis.


Achtergrond
In het verleden hadden we op verschillende boten een door de motor aangedreven koel compressor (een met riem aangedreven airco compressor voor een automobiel) en vriezer/koeler met eutektische plaat (koude accu). De eutektische plaat is een verdamper in een meestal roestvrijstalen tank die met een eutektisch mengsel, bijv. met Propylene Glycol, is gevuld. Door de samenstellling van het mengsel bevriest dit bij een temperatuur van -10C-20C, afhankelijk van het mengsel. Om van vloeibare naar vaste staat te gaan moet enorm veel Joules warmte energie aan het eutektisch mengsel worden onttrokken. Door de grote capaciteit van de compressor gebeurt dat in relatief korte tijd. Als de compressor stopt en de temperatuur op het eutektisch punt is gebeurt het omgekeerde, alleen veel langzamer. Langzaam wordt door het mengsel warmte energie aan de omgeving onttrokken, waarbij de temperatuur gelijk blijft en voedsel bevrorern of gekoeld blijft. Pas na vele uren is het eutektisch mengsel ontdooit en de temperatuur gaat stijgen. Een nacht wordt op deze manier makkelijk overbrugt.

Koel/vries kisten die op dit pricipe werken bestaan meestal uit een vriezer- en een koeldeel. Het koeldeel is vaak een aparte ruimte verder van de eutektische plaat verwijderd waarin een deel van de koude lucht van de vriezer overloopt.

Er zijn ook DC elektrische koelsystemen voor boten die op dit pricipe met "koude-accu" werken, bijv. Isotherm. Het idee is dat de warmte wordt onttrokken als er veel (solar) energie beschikbaar is en dat de compressor niet of minder vaak hoeft te lopen wanneer er minder energie beschikbaar is, zoals 's-nachts.

Dan nu wat ik op Ma Belle heb gedaan:

Het vriezer-deel
Een voorwaarde voor een eutektisch koelsysteem is voldoende thermische massa die na bevriezing warmte aan de omgeving onttrekt om weer vloeibaar te worden. Bij een constant cycling systeem bestaat de thermische massa uit het voedsel zelf plus de wanden van de koelkist. Alleen condensatie op de verdamper en dingen die er tegenaan liggen bevriezen.
De thermische massa (dus warmte energie buffer) kan worden vergroot door een flink aantal koelblokken tegen en om de verdamper heen te leggen. Deze bevatten een niet-giftig vloeistof mengsel dat beneden 0 graden bevriest. Om de blokken goed te kunnen plaatsen moet er om de verdamper heen een ruimte worden gebouwd waar de blokken in kunnen liggen. Tevens fungeert die ruimte als "vriesvak" voor voedsel dat bevroren moet blijven. Je kunt ook zelf simpele vriesblokken maken van plastic containers gevuld met zout water. De soortelijke warmte van water is 4186, die van ijs 2060. Dit zijn de warmte energie waarden in Joules die moeten worden onttrokken om 1 kilo water/ijs 1 graad Celcius in temperatuur te verlagen. Bij de fase-overgang van water naar ijs moeten voor 1 kg 334000 Joules worden onttrokken (latente warmte), terwijl de temperatuur 0 graden blijft. Dat is dus 80x de energie om water 1 graad in temperatuur te doen zakken. Het is daarom essentieel dat de koude blokken helemaal bevriezen, om straks bij het dooien weer dezelfde hoeveelheid warmte energie aan de vries/koel box te onttrekken.
De fase overgang bij zout water (5%) is ong bij -5C.

Belangrijk is dat de bodem van de aparte vriezer-ruimte geen koude (dus zwaardere) lucht doorlaat. Koude lucht mag wel aan de bovenkant overlopen naar de rest van de koelkist. Ik heb de doos gemaakt van een stuk corian. Makkelijk te zagen en te schroeven. In warenhuizen vaak goedkoop verkrijgbaar als snijplank. Ik had voldoende aan 1 jumbo cutting board voor ~EU10.

De opstart van het koelsysteem kan behoorlijk lang duren door de grote hoeveelheid warmte die initieel moet worden onttrokken. Het helpt daarom enorm als je de koelblokken thuis al in je vriezer hebt bevroren en in geisoleerde tas of picnic koel box naar de boot brengt.






De thermostaat
De standaard thermostaat met 5 standen waarvan de sensor op de verdamper is gemonteerd is niet bruikbaar, omdat slechts de temperatuur van de verdamper zelf gemeten wordt. Ik gebruik de electronische thermostaat van de foto en heb de sensor in de wand van het koel-gedeelte geplaatst. Deze thermostaat is voor koelen geschikt en heeft een instelbare hysteresis (dode band), waardoor de frequentie van het aanslaan van de compressor is te regelen. Hoe kleiner de dode band, des te vaker slaat de compressor aan.

De truc is om het vriezer deel met koelblokken en koude lucht overloop zo te maken, dat wanneer buiten in het koelgedeelte de temperatuur ong. 5 graden is, de koelblokken in het vriezer-deel bevroren zijn. Dit kan alleen door uitproberen worden bereikt.

Stel dat de thermostaat op 5 graden is ingesteld.. Wanneer de zon is ondergegaan en er geen solar energie voorhanden is, zet ik de thermostaat op 8 graden. Zo warm wordt het niet gauw, want de koelblokken in het vriezer gedeelte gaan bij -5C warmte onttrekken aan hun omgeving. Het hangt er dus vanaf hoeveel koelblokken aanwezig zijn (thermische massa) en hoe goed de koelbox is geisoleerd hoe lang dit duurt. De compressor slaat gedurende die tijd niet aan, dus dat is goed nieuws voor de accus.







De Voltage-switch / relais
Hoewel niet strikt noodzakelijk, heb ik een instelbare voltage switch gebruikt als over-ride van de thermostaat. De voltage switch is parallel met de thermostaat aangesloten.
De bedoeling is dat de koelcompressor inschakelt als er veel DC elektriciteit beschikbaar is, ongeacht de stand van de thermostaat. Het sluit voltage voor het relais heb ik op 14.4V ingesteld en het open voltage op 13.5V. Als de motor loopt wordt de beschikbare DC energie dus gebruikt om de temperatuur verder naar beneden te trekken. Met de juiste instellingen kan dit ook voor solar worden gebruikt. De V-switch over ride kan voor het koelgedeelte niet altijd wenselijk zijn omdat de temperatuur te laag kan zakken, zodat melk e.d. bevriest. Bij een aparte vriezer zoals op mijn vorige boot maakt het weinig uit als het extra koud wordt, soms lager dan -20C.
Als de V-switch over-ride een probleem is, bijv. bij langdurig op de motor varen, schakel ik deze uit.







Compressor toeren.
Het toerental van Danfoss compressors kan worden geregeld tussen 2000-3500 door weerstand in het thermostaat circuit aan te brengen. Zonder weerstand is het toerental 2000. Dit is het meest energie-efficient. Bij hogere toerentallen neemt de capaciteit toe. Als er plenty DC energie voorhanden is, is de mindere efficiency geen probleem.
Ik heb de weerstand met de hand instelbaar gemaakt dmv een 1K lineair potmetertje. Daarmee bereik ik niet de volle 3500, maar spaar wel de compressor enigszins.


Meestal staat het op 2000, maar als de motor draait voor beperkte duur op een bewolkte dag en de koeling heeft een boost nodig, draai ik het compressor toerental wat omhoog.

Interessant stuk , ik herkende meteen wat jij bedoelde met de “oude” thermostaat, heb onlangs het spulletje ook ingebouwd in de pion , maar vind het fijne regelen van de temperatuur nog niet geweldig.

Denk dat het digitaal meten zoals jij dat gedaan hebt veel beter werkt

Leuk, ik heb grotendeels hetzelfde idee liggen voor de thermostaat met precies dezelfde thermostaat al in huis. Het fijne is dat ze al in een mooi kastje zitten en netjes zijn in te bouwen zoals bij jou.

Met als verschil dat ik twee van die thermostaten heb:

• eentje voor als er weining stroom is op 8 graden
• eentje voor als er veel stroom is op 3 graden of zo.

Die laatste gaat aan via het diodeblok aan als er dus geladen wordt of via walstroom. Zo kan je in beide gevallen een temperatuur instellen. Met alleen op voltage inschakelen zou mijn koelkast gaan bevriezen bij een nachtje waltroom of een flink stuk motoren zoals je al schrijft. Dat kan je dus oplossen met een tweede thermostaat.

Ook was ik bang dat als mijn bescheiden zonnepaneeltje een beetje stroom geeft, de compressor al inschakeld en dan meer gaat verbruiken dan het paneel oplevert.

Nu nog eerst de koelkast zelf afmaken

Goede informatie 37South!

Is het niet goedkoper om af en toe een gekoeld biertje met een taxi langs te laten brengen?

It Paradyske schreef :
Je zal sloe gin maar aan boord hebben , das elk half uur een taxi

Mooi voorbeeld van energie-management. Die electronische thermostaat lijkt me een verbetering t.o.v. de isotherm thermostaat op de verdamper.

Leuk en duidelijk verhaal en zet je ook aan het denken.

@Roozeboos kan dit ook al via de mux??

Heel herkenbaar, die koelblokken.
Het mooiste is wanneer deze altijd deels ijs en water bevatten en rond het vriespunt van de vloeistof zich beweegt.

Ik bereik min of meer deze toestand door de koeling op de load aansluiting van de Victron te zetten.
En de load instelling zodanig dat alleen bij voldoende zon(spanning) de compressor draait.

Heel lang geleden, voordat compressors gangbaar werden had ik een Peltier element wat veel stroom nam. Door de koeling (met een relais) op het W contact van de generator aan te sluiten werd er gekoeld zodra de motor draaide.
Dat maakte destijds een heel verschil.

Nu met overmaat aan paneel capaciteit oogst ik ook de piek tijdens de sterkste zonuren, welke anders verloren zou gaan omdat de accu´s de stroom weigeren omdat ze vol zijn.
Die W contact aansluiting is niet meer nodig omdat, zodra de generator draait dit nu via die load aansluiting gaat.

Multiview is handiger denk ik

In NMEA2000 is daar PGN 65285 voor. Deze ondersteunt o.a. "Referigeration Temperature", maar ook "Freezer Temperature".

Wat ondersteunt de MultiView op dit moment? Er bestaan ook NMEA0183 scentences voor lijkt mij...

Nachtvlinder schreef :
Ja hoor
$??XDR doen het overal voor.
(Transducer, in de sentence wordt aangeduid waar het voor is)

Leuk, en in de MultiView kun je deze sentence laten weergeven als temperatuur?

Uiteraard, met een wijzerplaat

roozeboos schreef :
En verbruik en temperatuur historie ?

Of overdrijf ik nu

Mijn beneteau met koelkast zit de thermostaat vastgeroest al 29 jaar......
Ik kom nergens aan tot dat ie ermee kapt.....
Heb hem wel rechtstreekse voeding gegeven vanaf de accu, via het schakelpaneel startte hij soms niet op en bleef ie proberen.
Dat suggereert dat ie nogal wat lust uit de accu...

Jeroen-pion schreef : Lijkt me handiger als ie bij zou houden hoeveel bier er nog is en indien nodig automatisch een koers uitzet naar een noodhaven voor inkopen.

roozeboos schreef :
Mooi gedaan Chris! Omdat XDR te pas en te onpas (ik zie het als de joker kaart) gebruikt wordt, is het nuttig om een eigen grootheid te kunnen mappen hierop!

rooiedirk schreef :
Automatisch aan de slijter door geeft hoeveel bier en ETA in de haven, zodat ze er al staan met de lading

Startracking ; leuker kunnen we zeilen niet maken, wel makkelijker

Philip schreef :
Je kunt met de V-switch instelling veel bereiken. Als je het relay close Voltage bijv. op 14 volt zet en open op 12.7 kun je ook met een bescheiden paneeltje voor je koeling profiteren van de zon. Het hangt er natuurlijk van af wat de acccu capaciteit is en hoeveel Amps je koelkast trekt. maar zo af en toe een boost van zeg 5-10 minuten helpt de koeling wel als de thermostat temperatuur al is bereikt en de compressor al uit staat.

De instelbare V-switch is trouwens ook heel handig voor andere zaken, zoals inschakelen van een ventilatie-fan wanneer er veel zonne energie is. Zelf schakelt het V-switch relais 10A, maar als je het koppelt aan een groter relais heb je een prima instelbaar laad-relais als goedkopere en betere oplossing i.p.v. een kant en klaar laadrelais die vaak op een vast cut-in en cut-out voltage staan ingesteld. Bovendien heb je een volt-aflezing.

37 South,

Ik ben erg benieuwd hoe de koelbox installatie inmiddels bevallen is, en of er nog mogelijkheden tot verbetering zijn.

Ook heb ik een vraag: De thermostaat en de V-switch, die je gebruikt hebt: hoe reageren die op "power off"? Moeten die dan weer helemaal ingesteld worden?

Mijn boot brengt (helaas) de meeste tijd spanningsloos door.

Joop66 schreef :
ik gebruik een aantal van diezelfde thermostaten voor andere doeleinden. eenmaal ingesteld maakt het niet uit of je de stroom eraf haalt ze blijven de instellingen onthouden.

Joop,
De koelbox setup bevalt goed.
In principe werkt alles nog als beschreven, maar de "vriezer" box van corian rond het koelelement heb ik wat te hoog gemaakt, zodat er te weinig koude lucht overflow is naar de rest van de koelbox. Tussen het deksel en de bovenkant van de box is te weinig ruimte. Ik ben van plan een paar ronde gaten van ong 5 cm te maken om dit te verbeteren. Nog niet aan toegekomen.
Verder heb ik de V-switch nu op 13.3V staan, zodat bij voldoende solar de koeler ook een boost krijgt. Bij 12.7V opent het relais weer. Ook heb ik dikkere bedrading aangebracht. Ik zag aan de V-uitlezing van de V-switch dat er toch een voltage drop van een paar tienden was.

Vooral bij warm weer helpt het enorm als je de koelblokken thuis onder 0 brengt voor het eutectisch effect , zeker wanneer je maar voor een paar dagen gaat varen en je zoals wij nooit aan walstroom ligt. Het is voor de koeler hard werk met veel DC verbruik om dit zelf te doen.

De thermostaat en V-switch settings worden onthouden ook als er geen power op staat.

Mijn projectje vordert gestaag. Ik ben er bijna aan toe om de koelkast te gaan inbouwen.

Daarbij kom ik bij het aansluiten van de spanningsschakelaar.

Op internet kan ik niet heel lekker vinden hoe dit dingetje aangesloten en ingesteld moet worden.

Kun je me daar bij helpen? Is er een (redelijk) complete manual?

OK. Vraagje voor de elektronici onder ons:

Ik heb de setup klaar. Koelkastje werkt als een tierenlier, thermostaat doet zijn werk.

Maar het spanningsrelais heeft nog wat hulp nodig.

www.aliexpress.com/item/32822385757.html

Wat gebeurt?

Welnu, bljkbaar zijn de kabels naar de koelkast krapjes bemeten. Daardoor valt de spanningsschakelaar uit op t moment dat de koelkast start. Startstromen zijn hoger, dus tja. Ook het instellen van een delay op de spanningsschakelaar helpt niet.

Zonder de belasting van de koelkast werkt hij wel.

Mijn conclusie: de voedingsspanning van het printje valt even in elkaar. Het ding reset, en probeert t opnieuw.

Het stroom verbruik voor zover ik kan nagaan 70mA. Wat is er met een dikke elco en een diode of zo te bouwen dat hij een seconde overbrugt?