Simulaties in koel- en vriesmagazijnen tonen aan dat slimme ventilatorregeling tot bijna 30% elektriciteit kan besparen tijdens de bewaarfase. Dus, niet ‘harder koelen’, maar minder en rustiger ventileren wanneer het product thermisch stabiel is. Ontdek de resultaten en inzichten en sluit aan bij het vervolgproject rond ijsvorming.
Inleiding
Gekoelde en diepgevroren opslag vormen een essentiële schakel in de voedselketen, maar gaan gepaard met een aanzienlijk energieverbruik. Traditioneel ligt de focus daarbij op het koelvermogen van de installatie zelf, terwijl de rol van luchtcirculatie en ventilatoren vaak als vanzelfsprekend wordt beschouwd (Niu et al., 2024; Wang et al., 2024). In veel opslagruimten draaien ventilatoren continu en op vol vermogen, ongeacht de fase van het proces of de actuele koelbehoefte. Dit zorgt weliswaar voor een goede temperatuurverdeling, maar leidt ook tot een hoog elektriciteitsverbruik en extra warmte-inbreng in de opslagruimte (Ambaw et al., 2016; Gruyters et al., 2018; Phan et al., 2026).
Eén van de onderzoeksvragen in kader van Rethink Energy 4 Food is of het mogelijk is om de luchtcirculatie tijdens de bewaarfase te verminderen en zo energie te besparen, zonder de temperatuuruniformiteit en productveiligheid in het gedrang te brengen. De studie richt zich daarbij op het beter begrijpen van de wisselwerking tussen luchtstroming, producttemperatuur en energieverbruik, met bijzondere aandacht voor situaties die representatief zijn voor commerciële gekoelde en diepgevroren opslag.
Computersimulaties helpen om luchtstroming te visualiseren
Om luchtstroming te visualiseren werd een gedetailleerd simulatiemodel ontwikkeld dat een commerciële koelopslag realistisch nabootst. In dit model werden niet alleen de luchtstroming en temperatuurverdeling in de ruimte berekend, maar ook de warmteproductie van ventilatoren en de automatische regeling van het koelsysteem. Dit is belangrijk, omdat in echte opslagruimten het koelvermogen continu wordt aangepast op basis van gemeten temperaturen, en niet constant blijft.
De simulaties richtten zich op de bewaarfase van het product, wanneer de initiële afkoeling reeds is voltooid en de thermische belasting relatief stabiel is. Verschillende ventilatiestrategieën werden met elkaar vergeleken. Enerzijds werd een referentiesituatie beschouwd waarin alle ventilatoren continu actief blijven, wat in de praktijk nog vaak voorkomt. Anderzijds werden alternatieve strategieën onderzocht, zoals het gedeeltelijk uitschakelen van ventilatoren of het verlagen van het ventilatortoerental van alle ventilatoren tegelijk.
In alle scenario’s werd geëvalueerd hoe deze keuzes het energieverbruik beïnvloedden, maar ook hoe de luchttemperatuur en vooral de producttemperatuur zich ontwikkelden in tijd en ruimte. Op die manier konden niet alleen gemiddelde waarden, maar ook lokale temperatuurverschillen in kaart worden gebracht.
Ventilatoren terugschakelen kan elektriciteitsverbruik tot 30% verminderen
We gebruikten simulaties van een volledig beladen koelopslagruimte met een volume van circa 133 m³ en een totale productmassa van ongeveer 18,7 ton product, met een setpointtemperatuur van -1°C om effecten van ventilatoren op temperatuur en energieverbruik te berekenen in een testopstelling. De cel was uitgerust met 2 koelunits van 8 kW waarop telkens 3 ventilatoren waren gemonteerd. Na de initiële afkoelperiode werden verschillende ventilatiestrategieën geëvalueerd tijdens de bewaarfase, telkens over een tijdsvenster van 150 tot 400 uur, waarin het systeem zich in quasi‑stationaire omstandigheden bevindt. De vergelijking focust op luchtstroming, warmteoverdracht, temperatuurverdeling en energieverbruik.
In de referentiesituatie, waarin alle zes ventilatoren continu op nominale snelheid draaien, bedraagt het totale luchtdebiet ongeveer 14000 m³ h⁻¹, zo’n 100 keer het volume van de ruimte. Dit resulteert in relatief uniforme luchtstroming door en rond de opslagkisten. Binnen de productzones liggen de luchtsnelheden aanzienlijk lager door de weerstand van het poreuze productbed: de mediane luchtsnelheid in de kisten bedraagt 0,030 m s⁻¹, met een interkwartielbereik van circa 0,017–0,052 m s⁻¹.
Wanneer de ventilatorwerking wordt verminderd, verschuift deze balans. In de eerste reductiestrategie, waarbij per koelunit één ventilator van de drie in totaal wordt uitgeschakeld, daalt het totale luchtdebiet tot 9000 m³ h⁻¹, een reductie van ongeveer 40 %. De mediane luchtsnelheid in de kisten daalt daarbij tot 0,020 m s⁻¹. Opvallend is dat deze gemiddelde daling gepaard gaat met een toename van lokale extremen: maximale lokale luchtsnelheden nemen toe van ongeveer 2,6 m s⁻¹ in de referentiecase tot meer dan 5,5 m s⁻¹ in deze configuratie, wat wijst op de vorming van uitgesproken luchtjets en een minder homogeen stromingspatroon. Dit vertaalt zich in grotere temperatuurverschillen binnen de opslag.
In een tweede reductiestrategie blijven alle zes ventilatoren actief, maar draaien ze op een lager toerental. Het totale luchtdebiet bedraagt dan 11000 m³ h⁻¹, wat neerkomt op een reductie van circa 26 % ten opzichte van de referentie. De mediane luchtsnelheid in de kisten komt uit op 0,023 m s⁻¹. In tegenstelling tot de uitschakelstrategie blijven de maximale luchtsnelheden hier beperkter tot 3,35 m s⁻¹, wat duidt op een beter behoud van de globale luchtverdeling.
De invloed van deze veranderingen op de temperatuurrespons is duidelijk zichtbaar. Onder verminderde luchtcirculatie stijgt de gemiddelde producttemperatuur gedurende de bewaarfase merkbaar ten opzichte van de referentie. Wanneer ventilatoren worden uitgeschakeld, neemt niet alleen de gemiddelde temperatuur toe, maar verbreedt ook de temperatuurverdeling binnen de ruimte. Het verschil tussen de koudste en warmste productzones wordt groter, wat wijst op verminderde thermische uniformiteit. Het verlagen van de temperatuursetpoint (bijvoorbeeld van −1,0 °C naar −1,4 °C) kan het gemiddelde temperatuurniveau grotendeels herstellen, maar de spreiding blijft groter dan in de referentiesituatie. Dit bevestigt dat extra koelvermogen de verminderde luchtverdeling slechts gedeeltelijk compenseert.
Deze thermische effecten moeten worden afgezet tegen de energetische resultaten. In de referentiecase bedraagt de totale warmtebelasting in de bewaarfase (over een periode van 250 uur) ongeveer 1,97 kWh, waarvan 1,25 kWh afkomstig is van productrespiratie, 0,40 kWh van ventilatorwarmte en 0,32 kWh van warmtetransmissie door de bouwschil. Ventilatoren leveren in dit geval dus meer dan 20 % van de totale warmtebelasting. Door ventilatorreductie daalt deze bijdrage sterk: tot 0,24 kWh bij ventilatoruitschakeling en 0,21 kWh bij toerentalverlaging. Hierdoor neemt de totale warmtebelasting af met respectievelijk 7 % en 9 %, wat overkomt met een halvering.
De impact op het elektriciteitsverbruik is nog uitgesprokener. In de referentiesituatie bedraagt het totale energieverbruik in de bewaarfase 1,32 kWh, gelijk verdeeld tussen koelvermogen (0,66 kWh) en ventilatorvermogen (0,66 kWh). Bij ventilatoruitschakeling daalt het totale verbruik tot 1,03 kWh, een reductie van 22 %, voornamelijk door een daling van het ventilatorverbruik tot 0,41 kWh. Bij toerentalverlaging zakt het totale verbruik verder tot 0,95 kWh, wat overeenkomt met een maximale besparing van 28 % door een aanpassing van de ventilatorsnelheid. Het koelvermogen neemt in beide gevallen slechts beperkt af (tot ongeveer 0,60–0,62 kWh), wat aantoont dat de energiewinst hoofdzakelijk voortkomt uit directe besparing op ventilatorenergie en niet uit een sterke reductie van de koelvraag.
Samengevat tonen de berekeningen kwantitatief aan dat luchtcirculatie tijdens de bewaarfase een dominante hefboom is voor energieverbruik, terwijl de impact op de gemiddelde producttemperatuur relatief beperkt blijft zolang de luchtverdeling coherent blijft. Het verlagen van het ventilatortoerental blijkt daarbij duidelijk gunstiger dan het uitschakelen van ventilatoren: het behoudt betere temperatuuruniformiteit, beperkt lokale extremen en levert toch energiebesparingen tot bijna 30 %. Deze cijfers onderbouwen dat vraaggestuurde ventilatieregeling een realistische en doeltreffende strategie is voor energie‑efficiënte gekoelde én diepgevroren opslag.
Resultaten worden bevestigd in een industriële vrieshal
We voerden ook simulaties uit voor grote vrieshallen van meer dan 100 000 m3, met plaats voor meer dan 30000 palletkisten. Product wordt daarin bewaard bij -18 °C en daarvoor zijn verdampers met een totaal vermogen van meer dan 700 kW en ventilatoren met een nominaal debiet van meer dan 300 000 m³ h-1, of ongeveer 3 maal het volume van de hal. Merk op dat dit al een dertigvoud minder is dan in de kleinere testkoelruimte die hierboven is besproken.
Simulaties werden hiervoor uitgevoerd met verschillende warmtelasten, nl. variërend tussen 0 en 15 W/m². Met ventilatorwarmte en wandverliezen betekent dat tussen 10 en 30 W/m². Telkens onderzochten we de luchtstroming, de temperatuurverdeling en het energieverbruik bij ventilatoren op 50 Hz en 25 Hz. Figuur 2 toont de luchtcirculatie bij ventilatoren op 50 Hz en 25 Hz. Eenzelfde luchtpatroon is merkbaar, maar met verschillende luchtsnelheden.
Figuur 1. Luchtcirculatie in een volledig geladen vrieshal van 100 000 m³. Twee verdampers met elke 6 ventilatoren met variabel toerental geven een gelijkaardig luchtstromingspatroon met verschillende luchtsnelheidsgrootte bij 25 Hz (164000 m³/h) en 50 Hz (311000 m³/h).
Om de ruimte op setpunt te houden bij 50 Hz toerental, was de delta T tussen retourlucht en koelmiddel ongeveer 5 °C bij lage warmtelast, bij hoge lasten steeg die tot meer dan 11 °C. Bij lager toerental van 25 Hz, was de delta T 6.6 °C bij lage warmtelast en steeg tot meer dan 18°C bij hoge warmtelast. Hoog toerental zorgde voor de meest uniforme temperatuurverdeling met meer dan 90% van de waardes tussen -19 °C en -18 °C in de goed geïsoleerde hal bij lage warmtelast, en tussen -20 °C en -18°C bij hoge warmtelast (en hogere delta T). De temperatuurspreiding neemt toe bij lager toerental door de hogere delta T. Bij lage warmtelast is die beperkt tot een range van -20 °C en -18°C voor meer dan 90% van de waarden, aangezien de delta T beperkt kan blijven. Bij hoge warmtelast en veel hogere delta T, is de temperatuurverdeling voor laag ventilatortoerental significant hoger met 90% waardes tussen -22°C en -18°C (Figuur 1).
Figuur 2. Effect van ventilatorsnelheid en delta T (dT) op de temperatuurverdeling in een vrieshal. Verschillende scenario’s worden vergeleken: met (15 W/m²) of zonder interne warmtelasten (0 W/m²), en met hoog (50 Hz) of laag (25 Hz) ventilatortoerental. De totale warmtelast wordt gegeven als de som van de interne warmtelast, wandverliezen en ventilatorwarmte. Het setpunt is -18 °C (255 K), en de delta T wordt aangepast in ieder scenario. Delta T is hier gedefinieerd als het temperatuurverschil tussen retourlucht en koelmiddel.
De totale koellast van de verdampers bij hoog toerental was meer dan 270 kW bij hoge warmtelast en meer dan 120 kW bij lage warmtelast. Daarvan was 28 kW door ventilatorwarmte. Bij laag toerental kon die warmtelast beperkt worden tot slechts 4 kW. Procentueel betekent een reductie in toerental dus een verlaging in koellast van 10 % naar 1.5% bij hoge warmtelast, en van 23% naar 4% bij lage warmtelast (Figuur 2). Evenzeer is hier een bijkomende besparing op het elektriciteitsverbruik van de ventilatoren.
Figuur 3. Aandeel van interne warmtelasten, ventilatoren en wandverliezen op de totale koellast van de verdamper in een vrieshal. Verschillende scenarios worden vergeleken: met (15 W/m²) of zonder interne warmtelasten (0 W/m²), en met hoog (50 Hz) of laag (25 Hz) ventilatortoerental. De totale warmtelast wordt vermeld als de som van de interne warmtelast, wandverliezen en ventilatorwarmte. Het setpunt is -18 °C, en de delta T wordt aangepast. Delta T is hier gedefinieerd als het temperatuurverschil tussen retourlucht en koelmiddel.
Uit de simulaties blijkt duidelijk dat ventilatoren een veel grotere rol spelen in het totale energieverbruik van opslagruimten dan vaak wordt aangenomen. Tijdens de bewaarfase kunnen zij verantwoordelijk zijn voor een aanzienlijk deel van het elektriciteitsverbruik, niet alleen door hun eigen energieopname maar ook doordat ze extra warmte afgeven die opnieuw moet worden weggewerkt door het koelsysteem. Dit effect is zichtbaar in zowel gekoelde als diepgevroren opslag, en wordt in diepvriesinstallaties zelfs relatief nog belangrijker doordat andere interne warmtelasten, zoals bijvoorbeeld de ademhalingswarmte van versproduct, beperkt zijn.
Wanneer de luchtcirculatie wordt verminderd, neemt het directe energieverbruik van de ventilatoren sterk af. Tegelijk verandert de warmteoverdracht tussen lucht en product: lagere luchtsnelheden zorgen ervoor dat producten trager warmte uitwisselen met hun omgeving. Hierdoor nemen temperatuurverschillen binnen de opslagruimte toe.
De manier waarop de luchtcirculatie wordt beperkt, blijkt daarbij cruciaal. Het volledig uitschakelen van een deel van de ventilatoren levert weliswaar een forse energiebesparing op, maar heeft als nadeel dat de luchtverdeling onregelmatiger wordt. Dit kan leiden tot uitgesproken temperatuurverschillen tussen verschillende zones in de opslag en verhoogt het risico op lokale afwijkingen.
Het verlagen van het toerental van alle ventilatoren tegelijk geeft daarentegen een meer gelijkmatig resultaat. Hoewel de energiebesparing iets lager ligt dan bij het uitschakelen van ventilatoren, blijft de luchtverdeling beter behouden en zijn de temperatuurverschillen duidelijk kleiner. Deze strategie blijkt robuuster en beter beheersbaar, vooral vanuit het oogpunt van productkwaliteit en voedselveiligheid.
Verder tonen de resultaten aan dat het verlagen van de ingestelde bewaartemperatuur om de verminderde luchtcirculatie te compenseren geen efficiënte oplossing is. Dit verhoogt het koelvermogen en vermindert de energie-efficiëntie van het systeem, terwijl temperatuuruniformiteit slechts beperkt wordt verbeterd.
Vertaling naar de voedingsindustrie
Voor de voedingsindustrie betekenen deze resultaten dat er aanzienlijke energiebesparingen mogelijk zijn zonder ingrijpende wijzigingen aan de koelinstallatie. Zowel in gekoelde als in diepgevroren opslag blijkt het niet noodzakelijk om tijdens de volledige bewaarfase maximale luchtcirculatie aan te houden. Zeker wanneer producten thermisch stabiel zijn en weinig interne warmte produceren, kan de ventilatie-intensiteit worden aangepast aan de werkelijke behoefte.
Voor gekoelde opslag van bijvoorbeeld groenten, fruit, zuivel of vleesproducten biedt een variabel ventilatortoerental de mogelijkheid om energieverbruik te verlagen terwijl een aanvaardbare temperatuuruniformiteit behouden blijft. Voor diepvriesopslag is het potentieel zelfs nog groter, aangezien ventilatoren daar vaak één van de belangrijkste interne warmtelasten vormen. Kleine reducties in ventilatorvermogen kunnen hier leiden tot disproportioneel grote energiewinsten.
Een belangrijke implicatie is dat ventilatoren niet langer uitsluitend als ondersteunend onderdeel van het koelsysteem moeten worden gezien, maar als een actief regelinstrument. Door onderscheid te maken tussen de afkoelfase en de bewaarfase, en ventilatoren vraaggestuurd te laten werken, kan men zowel energie-efficiëntie als productkwaliteit verbeteren.
Samengevat toont dit onderzoek aan dat een doordachte regeling van luchtcirculatie een krachtige hefboom is voor verduurzaming van gekoelde en diepgevroren opslag. Door ventilatoren slimmer en flexibeler in te zetten, kan de voedingsindustrie energie besparen zonder in te boeten aan veiligheid of kwaliteit, en tegelijk beter inspelen op toekomstige eisen rond efficiëntie en klimaatimpact.
Contacteer pieter.verboven@kuleuven.be om bovenstaande inzichten te vertalen naar uw specifieke bedrijfscontext.
Oproep tot deelname: samen werken aan beter inzicht in vriesgedrag en ontdooiing tijdens koude opslag
Koude en diepgevroren opslag vormen een onmisbare schakel in de voedselketen, maar blijven tegelijk een belangrijke bron van energieverbruik, operationele complexiteit en productrisico’s. In het bijzonder het vriesgedrag van voedingsproducten en de problematiek rond ijsvorming en ontdooiing van verdampers stellen bedrijven dagelijks voor technische en economische uitdagingen. Onnodige ontdooicycli, lokale temperatuurschommelingen en onzekerheid over de impact op productkwaliteit (Nuangjamnong et al., 2026; Urquiola et al., 2017; Vicent et al., 2020) leiden vaak tot hogere energiekosten en suboptimale procesinstellingen.
Om deze problematiek fundamenteel beter te begrijpen, wordt een nieuw samenwerkingsproject opgestart dat voortbouwt op geavanceerde numerieke simulaties van luchtstroming, warmteoverdracht en faseovergangen in gekoelde en diepgevroren opslag. Deze simulaties hebben reeds aangetoond dat luchtcirculatie, ventilatorregeling en temperatuurinstellingen een grote invloed hebben op zowel energieverbruik als temperatuuruniformiteit in het product. In het vervolgproject worden deze modellen verder uitgebreid om ook expliciet het invriestempo van voeding, de ontwikkeling van rijp, ijs en vochttransport, en de dynamiek van verdamperwerking en ontdooiing in kaart te brengen.
Het project heeft als doel om een realistisch, gevalideerd instrument te ontwikkelen waarmee bedrijven beter kunnen voorspellen hoe producten zich gedragen tijdens langdurige koudeopslag, hoe en waar ijsvorming optreedt, en hoe ontdooistrategieën energie‑efficiënter en productvriendelijker kunnen worden ingezet. Daarbij wordt expliciet rekening gehouden met reële industriële omstandigheden, zoals pallet‑ en kistenstapeling, variabele ventilatiestrategieën, automatische regeling van koelinstallaties en wisselende producteigenschappen.
Bedrijven die deelnemen aan dit project krijgen niet alleen toegang tot diepgaand inzicht in de onderliggende fysische processen, maar helpen ook actief mee de simulaties te sturen via praktijkcases, operationele data en concrete vragen uit hun eigen werking. De resultaten worden vertaald naar praktische richtlijnen voor opslagbeheer, ventilator- en ontdooiregeling, met als uiteindelijke doel het verlagen van energieverbruik, het verhogen van proceszekerheid en het beschermen van productkwaliteit.
Deze oproep richt zich tot:
- Voedingsbedrijven met gekoelde of diepgevroren opslag,
- Logistieke spelers en vriesmagazijnen,
- Constructeurs en exploitanten van koel‑ en vriesinstallaties,
- Technologieproviders actief in koeling, ventilatie, ontdooiing en monitoring.
Samenwerking kan verschillende vormen aannemen, gaande van het aanbrengen van een specifieke use case of data, tot actieve deelname in de begeleidingsgroep. Bedrijven behouden uiteraard volledige vertrouwelijkheid over gevoelige gegevens, terwijl ze tegelijk bijdragen aan kennis die breed toepasbaar is binnen de sector.
Met dit project willen we een brug slaan tussen geavanceerde simulatie en industriële besluitvorming, en zo de basis leggen voor slimmere, duurzamere en beter onderbouwde koude‑opslagstrategieën. Bedrijven die interesse hebben om mee te bouwen aan deze kennis en tegelijkertijd hun eigen processen beter te begrijpen, worden van harte uitgenodigd om deel te nemen. Contacteer Marie.Demarcke@flandersfood.com
Referenties
Ambaw, A., Bessemans, N., Gruyters, W., Gwanpua, S.G., Schenk, A., De Roeck, A., Delele, M.A., Verboven, P., Nicolai, B.M., 2016. Analysis of the spatiotemporal temperature fluctuations inside an apple cool store in response to energy use concerns. Int. J. Refrig. 66, 156–168. https://doi.org/10.1016/J.IJREFRIG.2016.02.004
Gruyters, W., Verboven, P., Delele, M., Gwanpua, S.G., Schenk, A., Nicolaï, B., 2018. A numerical evaluation of adaptive on-off cooling strategies for energy savings during long-term storage of apples. Int. J. Refrig. 85, 431–440. https://doi.org/10.1016/J.IJREFRIG.2017.10.018
Niu, H., Wang, B., Yang, Z., Liu, Xinyi, Liu, Xinghua, Shi, W., 2024. Impact of control strategies on energy consumption in cold storage facilities. Energy Build. 322, 114736. https://doi.org/10.1016/J.ENBUILD.2024.114736
Nuangjamnong, T., Duret, S., Flick, D., Moureh, J., Alvarez, G., 2026. Modeling heat and mass transfer with water condensation process inside fruits bulk. J. Food Eng. 407, 112831. https://doi.org/10.1016/J.JFOODENG.2025.112831
Phan, H.M., Verlinden, B.E., Hertog, M.L.A.T.M., Verboven, P., Nicolai, B.M., 2026. Improving energy efficiency in pear storage through dynamic controlled atmosphere (DCA). Int. J. Refrig. 182, 447–455. https://doi.org/10.1016/J.IJREFRIG.2025.12.015
Urquiola, A., Alvarez, G., Flick, D., 2017. Frost formation modeling during the storage of frozen vegetables exposed to temperature fluctuations. J. Food Eng. 214, 16–28. https://doi.org/10.1016/J.JFOODENG.2017.06.025
Vicent, V., Ndoye, F.T., Verboven, P., Nicolaï, B., Alvarez, G., 2020. Modeling ice recrystallization in frozen carrot tissue during storage under dynamic temperature conditions. J. Food Eng. 278, 109911. https://doi.org/10.1016/J.JFOODENG.2020.109911
Wang, J., Wang, Q., Yang, P., Yu, J., Xiao, L., 2024. Energy consumption analysis and optimization of cold stores considering differential electricity price. Energy Build. 310, 114094. https://doi.org/10.1016/J.ENBUILD.2024.114094
Auteurs
Pieter Verboven en Abhishek Nataraj, KU Leuven
