Onderzoek en ontwerp van de kalkvrije benevelingsmodule voor de slimme kweekkoelkast van project Smart FungiFarming. RO/demi-gevoed, warmtevrij, onderhoudsarm en schaalbaar.
Fryslân Fungies en PureAqua werken samen in het VIA-project Smart FungiFarming. Fryslân Fungies bouwt een slimme, autonome kweekkoelkast uit een ge-upcyclede Husky-koelkast. PureAqua levert daarin werkpakket 1: het benevelingssysteem. De kern: water zo demineraliseren dat er geen kalk neerslaat op glas en paddenstoelen, en de luchtvochtigheid warmtevrij en betrouwbaar regelen. Er moet een werkend prototype komen dat in de kast presteert.
PureAqua is projectpartner en verantwoordelijk voor WP1, het benevelingssysteem. De module draait op RO/demi-water, bouwt automatisch en reproduceerbaar luchtvochtigheid op, voegt geen warmte toe en is geschikt voor vaste aansluiting en afvoer.
Het huidige bevochtigingsmechanisme filtert het water niet, waardoor kalk neerslaat op het glas en de paddenstoelen. Paddenstoelen gedijen niet bij te veel kalk. Daarom haakt PureAqua aan: een vernevelaar die het water vooraf demineraliseert.
Een werkend prototype dat compact in de koelkast past, volledig luchtdicht is, het liefst 12 maanden zonder onderhoud draait en schaalbaar is naar meerdere kasten.
Binnen project Smart FungiFarming levert PureAqua werkpakket 1. De kern is een benevelingssysteem dat het water vooraf demineraliseert, zodat er geen kalk neerslaat op het glas of de paddenstoelen, en dat de luchtvochtigheid warmtevrij en betrouwbaar regelt. Dit zijn de eisen waar het ontwerp op stuurt.
Demineraliseert het water zo dat er geen kalk neerslaat op glas of paddenstoelen. Dit is de kernreden dat PureAqua als partner is aangehaakt.
De vernevelaar wordt volledig luchtdicht uitgevoerd, zodat mist beheerst blijft en omringende apparatuur en elektronica droog blijven.
Een filter voor de verneveling levert schone lucht, een filter erna vangt sporen af om de koelkast en omringende apparatuur te beschermen.
Sensoren meten de pH van het water, en de module is van buitenaf bij te stellen, gekoppeld aan het dashboard van Fryslân Fungies.
Stilstaand water in het reservoir mag geen legionella of algen vormen. Spoelen, leegtrekken en mineraalarm water borgen dat.
Als het koelsysteem niet schoon te houden is, kan de beneveling de koeling overnemen via adiabatische, warmtevrije koeling. Onze techniekvergelijking wijst hier al op.
Het onderzoek liep van intake met partner Fryslân Fungies, via een vergelijking van verneveltechnieken en een verdieping op waterhygiene, naar een onderbouwde capaciteitsberekening en conceptkeuze. Per stap staat de relatieve inspanning aangegeven.
Eisen opgehaald: RO/demi-water, geen warmte boven 24 graden, kleine druppels, 12 maanden standtijd, vaste wateraansluiting. Eerste signaal: trilplaatjes degraderen snel.
Must-haves opgesteld, RV-range vastgezet op 85 tot 95%, en de nuance van 2 liter per dag (gemiddeld 0,083 l/u) tegen piekvraag door ventilatie en deuropeningen.
Zeven verneveltechnieken gescreend, waarvan ultrasoon, high-pressure en air-assisted in detail vergeleken op druppelgrootte, energie, slijtage, hygiene en 12-maands geschiktheid. Ook verdampings-, membraan-, centrifugaal- en bubbeltechniek meegewogen.
RO/demi en biofilm, Legionella-risico bij stilstaand water, en spoel- en drainstrategie. Onderbouwd waarom mineraalarm water de levensduur verlengt.
Benodigde verdamping berekend uit kastvolume, luchtwisselingen en RV-doel. Resultaat onderbouwt de orde van 2 liter per dag plus overcapaciteit.
Modulaire opstelling vastgelegd met RO, demi, magneetventiel, bufferbak, vernevelmodule en RV-regeling met bandbreedte. Mistbron bewust uitwisselbaar gehouden.
Vastgesteld uit de input van Fryslân Fungies.
We hebben zeven verneveltechnieken gescreend. De drie meest kansrijke adiabatische technieken (geen warmte) staan hieronder in detail. Klik op een techniek om hem op de grafiek te tonen of te verbergen. Scores lopen van 1 (zwak) tot 5 (sterk) per criterium.
| Criterium | Ultrasoon | High-pressure | Air-assisted |
|---|---|---|---|
| Druppelgrootte | 1 tot 5 µm | circa 5 tot 15 µm | circa 10 tot 20 µm |
| Warmte-inbreng | geen | geen, adiabatisch | geen, adiabatisch |
| Slijtagedelen | trilplaatjes | pomp en nozzles | nozzle en compressor |
| Standtijd 12 mnd | krap | ruim | redelijk |
| Onderhoud met RO | periodiek nodig | laag | laag |
| Schaalbaarheid | per unit | 1 pomp, meer nozzles | perslucht nodig |
| Snelle proof-of-concept | zeer snel | meer uitwerking | meer uitwerking |
Nieuw inzicht uit het onderzoek. Ultrasone trilplaatjes hebben een veelgenoemde levensduur van circa 3.000 draaiuren, waarna de mistopbrengst geleidelijk terugloopt en schoonmaken niet meer helpt. Bij continu bedrijf is dat ongeveer 4 maanden, ruim onder de gewenste 12 maanden zonder onderhoud (8.760 uur). Om die eis met ultrasoon te halen, moet de duty cycle onder ongeveer 34% blijven, of moet je transducers overdimensioneren of redundant uitvoeren. High-pressure verneveling met demi/RO-water wordt in de markt juist als onderhoudsarm en schaalvrij omschreven. Dat verschuift het zwaartepunt voor de 12-maandseis richting high-pressure.
Naast de drie uitgewerkte routes zijn nog vier verneveltechnieken onderzocht en afgewogen tegen de eisen. Ze zijn niet de leidende route, maar leveren wel alternatieven voor fase 2.
Lucht door een nat pad, puur verdampend, dus geen druppelneerslag op product of glas. Koelt licht en is onderhoudsarm. Aandachtspunt: vraagt luchtstroom en periodieke padvervanging, en het natte pad moet schoon blijven. Kansrijk alternatief.
Waterdamp door een hydrofoob membraan, zonder aerosol of druppels. Dit geeft de sterkste hygiene, want er ontstaat geen Legionella-aerosol en geen natte aanslag. Aandachtspunt: lagere capaciteit per module en prijziger, minder standaard.
Een snel draaiende schijf slingert water uiteen. Mechanisch robuust, maar de druppels zijn grover (circa 15 tot 30 µm), met meer kans op natte plekken. Afgevallen op druppelgrootte.
Lucht door een waterkolom borrelen. Heel simpel en robuust, maar grof en lastig fijn te regelen binnen een smalle RV-band. Afgevallen op regelbaarheid.
Bij continue ventilatie verdwijnt vocht met de afgevoerde lucht. De benodigde verdamping is dat vochtverlies. Dit model rekent psychrometrisch: het verschil in absolute luchtvochtigheid tussen de kastlucht en de instromende verse lucht, maal het luchtdebiet. Schuif met de waarden en zie de capaciteit live meebewegen.
Wat het model laat zien. Voor een kast van circa 0,4 m³, de orde van de ge-upcyclede slimme koelkast, bij gematigde ventilatie komt de netto verdampingsvraag uit op grofweg een halve tot anderhalve liter per dag. Met de overcapaciteitsfactor voor deuropeningen en fruitingspieken landt dat rond de 2 liter per dag, precies de orde die Fryslân Fungies noemde. De gevoeligheid zit vooral in de luchtwisselingen per uur. Dat is daarom de belangrijkste resterende meetwaarde voor de definitieve capaciteit.
De waterkant is juist het sterke punt van PureAqua. RO/demi-water is geen luxe maar een betrouwbaarheidskeuze. Toch is er een hygienisch aandachtspunt dat we expliciet ontwerpen.
Mineraalarm water beperkt afzetting en biofilm. In de praktijk verlengt RO of gedestilleerd water de levensduur van nozzles en transducers met een factor 2 tot 3 en vermindert het onderhoud. RO wordt aangeraden boven circa 150 ppm opgeloste stoffen.
Legionella groeit tussen 20 en 45 graden, optimaal vanaf 25 graden, vooral in stilstaand water met biofilm. De kast draait koel (onder 24 graden) en vochtig, dus de bufferbak zit aan de onderrand van die zone. Stilstand is het echte risico.
We voegen geen warmte toe, dus thermische desinfectie valt af. We sturen op hygiene via automatisch spoelen en leegtrekken, geen dode leidingen, mineraalarm water en periodieke desinfectie of UV als optie.
Ontwerpconsequentie. Atomiserende bevochtigers vragen contaminantvrij water, omdat interne leidingen biofilm in de hand werken. Omdat we niet met hete stoom werken, bouwen we de hygiene mechanisch in: een buffer die automatisch leegloopt bij stilstand, een spoel- en purgecyclus, een lage-niveaubeveiliging tegen drooglopen en een overloop naar de afvoer. Zo combineren we de waterkwaliteit van PureAqua met een opzet die ook over 12 maanden schoon en betrouwbaar blijft.
Van leidingwater tot mist in de kast, met de RV-sensor die de regeling sluit. De mistbron is bewust modulair: ultrasoon voor een snelle proof, uitwisselbaar voor high-pressure als de standtijd dat vraagt.
Sturen op een enkel setpoint geeft te veel aan- en uitschakelen. We regelen met een bandbreedte (hysterese) binnen de ontwerprange van 85 tot 95%.
Zakt de RV onder de ondergrens, dan opent het ventiel en start de verneveling. De buffer voorkomt dat de unit droogloopt.
Boven de bovengrens stopt de verneveling. De band tussen 88 en 93% voorkomt pendelen en houdt de kast rustig.
Dreigt de kast richting 24 graden te gaan, dan blokkeert de regeling de bevochtiging. Te koud is geen probleem, te warm wel.
Bouw fase 1 als een mistbron-onafhankelijk platform: RO, demi, bufferbak met niveauregeling, RV- en temperatuurregeling met bandbreedte, en een afname-manifold voor schaalbaarheid. Daarop test je snel met een ultrasone fogger voor de proof-of-concept. Maar omdat de eis is om 12 maanden zonder onderhoud te draaien en het systeem schaalbaar moet zijn, en omdat ultrasone trilplaatjes rond 3.000 uur teruglopen, valideren we high-pressure verneveling vroeg als de robuuste route. Zo houden we de snelheid van ultrasoon en de betrouwbaarheid van high-pressure binnen handbereik, zonder de rest van het systeem opnieuw te bouwen. Komt daar de mogelijke koelrol bij, dan wint high-pressure verder aan waarde: adiabatische verneveling kan de kast koelen terwijl ze bevochtigt.
RO, demi-polisher, magneetventiel, bufferbak met niveauregeling, compacte vernevelmodule en RV- met temperatuurregeling. Doel: bewezen werkend krijgen in de kast en de echte vraag meten (RV halen, kast koel houden, geen natte aanslag, aantal bursts per uur).
Nette behuizing, cartridge- en filterlogica, alarmen, onderhoudsmelding en plug-and-play montage. Hier beoordelen we definitief of ultrasoon robuust genoeg is of dat high-pressure de standaard wordt, en richten we de schaalbaarheid naar meerdere kasten in.
• Te natte mist of druppelneerslag op product of wand
• Verstopping van nozzle of ventiel
• Microbiologie in stilstaand water (spoelen en leegtrekken)
• Onjuiste sensorplaatsing waardoor de regeling te vroeg of te laat stopt
• Ventilatie die de mist meteen afvoert, waardoor de kast het setpoint niet haalt
• Levensduur trilplaatjes bij de 12-maandseis
• Kalkneerslag op glas en paddenstoelen, het kernprobleem dat PureAqua oplost
• Sporen die filters of elektronica vervuilen
• Luchtwisselingen per uur (grootste blokker voor de capaciteit)
• Draaiuren per dag en hoe vaak de deur opengaat
• Welke paddenstoelsoorten (gevoeligheid voor natte oppervlakken)
Al ingevuld: kastvolume circa 0,4 m³ (ge-upcyclede slimme koelkast), aansluitingen op maat, RO/demi door PureAqua, geen voorkeur mist in of buiten de kast, 12 maanden zonder onderhoud, schaalbaar.
Selectie van bronnen die zijn gebruikt voor de techniekvergelijking en de hygiene-onderbouwing.