Kälteanlage, Bild: L&R Kältetechnik

Die neuen Kälteanlagen sind im Sinne des „Phase down“ gemäß F-Gase-Verordnung für den Betrieb mit alternativen HFO-Kältemitteln geeignet. Bild: L&R Kältetechnik

Die meisten neueren Industrie-Kälteanlagen werden mit H-FKW-Gemischen wie R 134a, R404A und R 407A/B/C betrieben. Da diese Medien zur Erderwärmung beitragen, wenn sie in die Erdatmosphäre gelangen, regelt die F-Gase-Verordnung (EU 517/2014) den schrittweisen Ausstieg aus der Nutzung von teilhalogenierten FKWs mit einem Global Warming Potential (GWP) von über 750 beziehungsweise 2500. Konkret bedeutet das: Betreiber solcher Anlagen dürfen zu einem festgesetzten Zeitpunkt, der abhängig ist vom GWP und der Füllmenge des Kältemittels, keine Frischware mehr nachfüllen. Die Lebensdauer dieser Anlagen ist also begrenzt.

Unter diesen Vorzeichen geraten neuere synthetische HFO-Kältemittel (Hydrofluorolefin) verstärkt in den Blick, zum Beispiel R 1234yf mit einem GWP von 4. Eine weitere Option sind Blends (Mischungen) aus H-FKW- und HFO-Kältemitteln. Die die Kilopreise dieser Medien sind aktuell sehr hoch. Es ist jedoch mit Preissenkungen zu rechnen, weil mit der Nachfrage auch die Produktionsmengen steigen werden.

Bei der Investitionsentscheidung in eine Kälteanlage sollte der Betreiber aber neben dem richtigen, das heißt zukunftssicheren Kältemittel auch den Energieverbrauch der Anlage berücksichtigen. Denn dieser Faktor hat den größten Anteil an den Lebenszykluskosten einer Kälteanlage. Deshalb hat L&R vor drei Jahren die Ecopro-Serie entwickelt, bei der effiziente Komponenten und eine dahingehend optimierte Steuerung die Voraussetzung für geringeren Energieverbrauch schaffen, vor allem bei wechselndem Kältebedarf. Auf der Fakuma 2018 stellt das Unternehmen nun die darauf basierende, neue Baureihe Ecopro 2.0 vor.

Für energiesparenden Betrieb entwickelt

Einen Beitrag zur Energieeinsparung der Ecopro-Anlagen leisten die drehzahlgeregelten, halbhermetischen Bitzer-Schraubenverdichter der Serie CSVH, die speziell für den Einsatz in Flüssigkeitskühlsätzen optimiert wurden. Sie sind im Leistungsbereich von 20 bis 100 Prozent stufenlos regelbar und arbeiten daher insbesondere im Teillastbetrieb mit niedrigerem Energieeinsatz. Die Kühlung der integrierten Umrichter erfolgt über das Kältemittel. Die Nutzung dieser Verdichter, die für den Einsatz mit HFO-Kältemitteln geeignet sind, führt zu hohen ESEER/IOLV- und SCOP-Werten bei der Prozesskühlung und Wärmepumpenanwendung.

Die Pumpen der Kälteanlagen sind drehzahlgeregelt und mit den sogenannten Supreme-Antrieben von KSB ausgerüstet. Die Kombination von Synchron-Reluktanzmotoren und Frequenzumrichtern erlaubt vor allem im Teillastbetrieb Energieeinsparungen.

Auch bei den Wärmetauschern und Kondensatoren nutzen die neuen Anlagen effizienzsteigernde Technik. Die energetisch optimierten Microox-Wärmetauscher zeichnen sich insbesondere in Kombination mit HFO-Kältemitteln wie R1234yf, R1234ze und R513 A durch gute Wärmeübergänge und hohe Wirkungsgrade aus. Zudem kann die Kältemittelfüllmenge je nach Anwendung um bis zu 50 Prozent reduziert werden.

Beim Expansionsventil, das für die Einspritzung des Kältemittels in den Rohrbündel- oder Plattenverdampfer verantwortlich ist, setzt der Hersteller ebenfalls auf eine neue Komponente: Die elektronischen Expansionsventile von Siemens sind mit einer Proportionalsteuerung und einer Schrittmotorsteuerung ausgestattet, die den Durchfluss beziehungsweise die Überhitzung kontinuierlich an den Bedarf anpassen und so wesentlich genauer regeln. Der dadurch bedingte höhere Verdampfungsdruck steigert die Leistungszahl der Anlage, was zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs führt.

Zentrales Element der effizienzsteigernden Konstruktionsmaßnahmen ist die L&R-eigene Steuerung. Sie regelt die einzelnen Systeme der Kälteanlage bedarfsgerecht und koordiniert die Funktionen so, dass einerseits die aktuell benötigte Kälte bereitgestellt wird und andererseits der Energiebedarf niedrig bleibt.

Künftige Entwicklung

Natürliche Kältemittel als Alternative

Aus Sicht von L&R gibt es neben der Nutzung der HFO-Kältemedien in Kombination mit energieeffizienten Komponenten einen weiteren Lösungsweg, der die Anforderung der F-Gase-Verordnung erfüllt: die Nutzung natürlicher Kältemittel. Zur Auswahl stehen Ammoniak, Kohlendioxid und Propan. Deren GWP-Werte sind extrem niedrig, sie sind weltweit zu günstigen Preisen verfügbar und ermöglichen – wenn man die entsprechenden Möglichkeiten ausschöpft – den Bau und Betrieb von sehr energieeffizienten Kälteanlagen.

Der Hersteller hat in diesem Bereich bereits Erfahrung und passt die komplette Anlagentechnik an das jeweils verwendete Kältemittel an. Nach Einschätzung des Unternehmens wird sich der Markt für Kälteanlagen mit natürlichen Fluiden folgendermaßen aufteilen: Kaltwassersätze mit Kälteleistungen bis 300 Kilowatt werden mit Propan befüllt sein, bei höheren Leistungen wird sich Ammoniak durchsetzen. In den vergangenen Monaten hat der Hersteller mehrere Anlagen dieser Art gebaut und beim Anwender in Betrieb genommen. Auch diese Anlagen zeichnen sich durch hohe Wirkungsgrade und günstige Energiekennwerte aus.

Betrieb mit HFO-Kältemedien

Diese Ecopro-Plattform hat der Hersteller mit der neuen 2.0-Baureihe für den Einsatz von alternativen synthetischen HFO-Kältemittel wie R1234yf, R1234ze oder R513 A ertüchtigt und stellt die Flüssigkeits-Kühlsätze und -Wärmepumpen der neuen Baureihe vor. Für diesen Entwicklungsschritt wurden die oben beschriebenen Maßnahmen grundlegend an die neuen Kältemitteln angepasst. Der Anwender kann somit sicher sein, dass er eine zukunftssichere Anlage mit umweltverträglichem Kältemittel einsetzt und zugleich über die ganze Lebensdauer der Anlage von deren Energieeffizienz profitiert.

Der Hersteller projektiert alle Kälteanlagen individuell. Die geschätzten Amortisationszeiträume für die Energiespartechniken und für Einzelmaßnahmen gibt das Unternehmen dem Anwender bei der Projektierung an. Do

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