”Många aggregat med stora mängder köldmedier”
Världens största partikelfysiklaboratorium, Cern i Schweiz, har omkring 200 kylsystem som alla använder f-gaser. När de nu ska ersättas med naturliga köldmedier har svenska företaget EKanalys (EKA) och vd:n Jörgen Rogstam en viktig roll. Enligt EKA:s utredning blir koldioxid (CO2) och propan fördelaktigast i de flesta av de studerade systemen.
TEXT: KLAS SÖRBO
EKA:s mångåriga arbete med ett stort teleskopprojekt i USA bidrog starkt till uppdraget för Cern. Tempereringen av speglarna i teleskopet skulle ske med pumpcirkulerad CO2, en teknik som företaget har lång erfarenhet av.
Det amerikanska projektet uppmärksammades av den svenska delen av den europeiska organisationen Big Science, som kopplar samman stora forskningsfaciliteter med industrin. Detta ledde till att EKA genomförde en förstudie för partikelfysiklaboratoriet Cern i Genève, som behövde ersätta sina f-gaschillers och utvärdera det bästa sättet att göra det på.
På Cern finns omkring 200 kylsystem, inte enbart för processkyla, utan ofta som en kombination av process- och komfortkyla.
– Det handlar om många aggregat med stora mängder köldmedier och nästan alla använder f-gaser, förklarar EKA:s vd Jörgen Rogstam.
Förstudien, som genomfördes 2024, behandlade olika naturliga köldmediers funktion samt deras fördelar och nackdelar. Dessutom undersöktes säkerhets- och kostnadsaspekter, som kopplas till ett byte av köldmedium. Resultaten tillämpades sedan på några specifika byggnader och kylsystem på Cern.
Redundans och tillförlitlighet är oerhört viktiga parametrar eftersom det rör sig om extremt stora, dyra och exklusiva testutrustningar.
2025 gick Cern ut med en offentlig upphandling för ett antal kylsystem, där man efterfrågade liknande typ av undersökningar som i förstudien. EKA fick ansvar för fem av systemen, vilket innebar ett omfattande projekt för företaget med över 500 ingenjörstimmar.
EKA utvärderade ammoniak, propan och koldioxid för varje installation.
– Redundans och tillförlitlighet är oerhört viktiga parametrar eftersom det rör sig om extremt stora, dyra och exklusiva testutrustningar. När acceleratortesterna pågår får systemet inte stanna för att en kompressor går sönder, säger Jörgen Rogstam.
Historiskt sett har Cern därför använt samma typ av system med identiska specifikationer och ett begränsat antal leverantörer.
Ett av villkoren i uppdraget var att lösningarna skulle använda produkter som redan fanns på marknaden.
– Vi lade också till krav på hög energieffektivitet och kapacitetsreglering för att slutresultatet skulle bli så bra som möjligt, säger Jörgen Rogstam.
I studien beräknade EKA energikostnaderna för kylsystemen med hjälp av den publika programvaran Pack Calculation Pro, som gör det möjligt att ta fram lokala klimatdata. Tillsammans med mätdata från samtliga system i studien under året gick det sedan att ta fram en verklig belastningsprofil.
När acceleratortesterna pågår får systemet inte stanna för att en kompressor går sönder.
EKA utredde också hur installationen av systemen skulle genomföras och kostnaderna för detta. Dessutom tog företaget fram service- och underhållskostnader för de olika systemen i de aktuella applikationerna.
Studiens slutsats blev att ammoniak ofta var mindre gynnsamt än de andra alternativen. Det berodde främst på säkerhetsaspekter, men även högre kostnader för investeringar, service och underhåll. De säkerhetsåtgärder som krävdes, exempelvis dubbelväggiga värmeväxlare eller mellankretsar, innebar förutom högre kostnader även försämrad energieffektivitet. Sammantaget blir därmed livscykelkostnaden ofta högre för ammoniak.
Valet står därför i detta fall oftast mellan CO2 och propan beroende på placering och hur riskerna med propan kan hanteras. I Cern:s fall blir oftast CO2 det mest fördelaktiga alternativet enligt EKA:s studie.
Komfort- och processkylsystem arbetar ofta med köldbärartemperaturer i intervallet 5–18 grader beroende på användningsområde. Det innebär att förångningstemperaturen är relativt hög. För att minska energianvändningen bör kondenseringstemperaturen sänkas så mycket som möjligt. Då kan man uppnå en liten temperaturskillnad mellan förångning och kondensering, den så kallade lyfthöjden, vilket ger bästa möjliga effektivitet.
Kompressorerna som används för CO2 möjliggör tack vare de höga trycknivåerna en lägre kondenseringstemperatur än kompressorerna för de andra köldmedierna.
– Det innebär klart lägre lyfthöjd, vilket gör att CO2 hävdar sig bättre än man kan tro när man räknar över en hel säsong, säger Jörgen Rogstam.
Energieffektiviteten blir därför ofta bättre eller i nivå med både ammoniak och propan.
– Samtidigt kräver i allmänhet inte koldioxid särskilda skyddsåtgärder, i vart fall inte för utomhusplacerade aggregat.
Propan kan bli ett bättre alternativ för Cern vid vissa driftförhållanden, till exempel när systemen är placerade utomhus och riskerna går att hantera. Investeringskostnaden är också oftast lägre för propanaggregat, som är något teknisk enklare än CO2-aggregat.
EKA har levererat rapporterna för studierna, men det är fortfarande oklart exakt hur Cern kommer att omsätta resultaten i sina kommande strategier.
– Indikationen är ändå att de tagit till sig rekommendationerna och ett första projekt är på gång med just CO2 för kylning av partikelacceleratorn Proton Synchrotron, berättar Jörgen Rogstam.
