Kältetechnik

 

Die Anlagentechnik ist derjenige Bereich, auf den bei der Optimierung von Kälteanwendungen bisher am meisten geachtet wurde. Wärmedämmung und die Rahmenbedingungen wurden, wie schon erwähnt, oft als gegeben und nicht veränderbar betrachtet.

 

Dennoch ergibt sich auch bei der Anlagentechnik eine deutliche Überalterung. Die meisten Kühlgeräte sind deutlich über 10 Jahre alt. Teilweise laufen auch noch Geräte mit Kältemitteln, die heute gar nicht mehr in Verkehr gebracht werden dürften (meist R 12). Die gewachsenen Strukturen der Kältetechnik mit vielen dezentralen Geräten verhindert  zudem die Optimierung, da durch den sukzessiven Ersatz der Einzelgeräte eine umfassende Lösung mit einer Verbundanlage mit optimalen technischen Möglichkeiten (Drehzahlregelung Verdichter, elektronisches Expansionsventil,..) und der Möglichkeit der Wärmerückgewinnung meist verspielt wird.

 

1. Optimales Kältemittel

Verschiedene Kältemittel sind für verschiedene Kältebereiche optimal geeignet. Im Wesentlichen haben sich in der Hotellerie die Kältemittel R134a und R404A bzw. R507A durchgesetzt. R134a wird für den Plus- und Normalkühlbereich verwendet. R404A bzw.  R507A insbesondere für Tiefkühlung. Bei R134a tritt ein deutlicher spezifischer Leistungsverlust (ca. 10 %) unter -15°C auf. Werden R404A bzw.  R507A im Pluskühlbereich verwendet, sind die negativen Auswirkungen insbesondere bei größeren Anlagen nicht so gravierend. Aufgrund des 1,6-fach geringeren Hubvolumenstromes je kW Kälteleistung gegenüber R134a ergeben sich bei Großanlagen Investitionskostenvorteile für R404A bzw. R507A Anlagen. Für Kleinanlagen ergibt sich ein Nachteil von ca. 10 %.

 

2. Temperaturdifferenz Verdampfung – Lufteintritt DT1

Die Festlegung der Verdampfungs- und Verflüssigungstemperatur ist eine der wesentlichen Aufgaben bei der Planung einer Kälteanlage. Ausgehend von der Kühlaufgabe und den zu kühlenden Waren wird die Temperatur des Kühlbereiches festgelegt. Die Luft im Kühlbereich wird vom Verdampfer angesaugt und dort abgekühlt. Als Kriterium gilt die Differenz DT1 der Lufteintrittstemperatur in den Kühler und der Verdampfungstemperatur. Je geringer DT1, desto effizienter arbeitet die Anlage. Zu beachten ist, dass sich DT1 nach Eurovent (Eurovent Certification zertifiziert die Leistungsangaben der Produkte für Luft- und Kältetechnik nach den europäischen und internationalen Standards.) von der bisherigen Leistungsangabe TD unterscheidet. Bei TD bezog sich die Temperaturdifferenz auf die mittlere Kühlraumtemperatur (RT) und nun bei DT1 auf die Temperatur beim Lufteintritt in den Verdampfer (tL1). Die Temperaturdifferenz DT1 ist daher um ca. 2 K höher als die bisherige Temperaturdifferenz TD.

 

3. Temperaturdifferenz Verflüssigung - Kühlmedium

Die Verflüssigungstemperatur sollte so niedrig wie möglich sein. Als Kühlmedien bieten sich Grundwasser oder - hauptsächlich verwendet - Außenluft an. Die Jahresmitteltemperatur liegt bei +7,5°C, für die aufgestellten Verflüssiger im geschützten Außenbereich kann +10°C angenommen werden. Die Verflüssigungstemperatur steigt mit der Außenlufttemperatur und damit auch der Energiebedarf. Als Qualitätsmerkmal gilt die Differenz zwischen Verflüssigungs- und Außenlufttemperatur, je geringer, desto effizienter, aber auch größer ist der Verflüssiger. Die Verflüssigungstemperatur ist auf direktem Weg für den Energieberater schwierig messbar. Einfacher messbar ist die Temperatur am Verflüssigeraustritt. Sie repräsentiert die Temperatur der unterkühlten Kältemittelflüssigkeit und kann bedingt zur Rückrechnung auf die Verflüssigungstemperatur dienen. Sowohl die Verflüssigungstemperatur, als auch die Austrittstemperatur können durch eine gute Auslegung beeinflusst werden.

 

4. Druckdifferenz in Saug- und Druckleitung

Für die verschiedenen Leitungen werden in den Planungsempfehlungen für Kälteanlagen bestimmte Geschwindigkeiten angegeben. Diese Geschwindigkeit ist ursächlich mit dem Druckverlust in den Leitungen verbunden. Zu beachten ist auch der Schmieröltransport, besonders bei Teillast. Im Speziellen sind hier der Druckverlust in der Saug- und Druckleitung wichtig, da bei größeren Druckverlusten der Verdichter eine größere Leistung haben müsste.

Die gesättigte Temperaturdifferenz (Druckdifferenz) sollte in Saugleitungen und Druckleitungen bei normalen Leitungslängen maximal 1 K betragen. Wenn die Rohrleitungen auf Grund der Gegebenheiten länger sind, wird auch der Druckverlust ansteigen, weil die Mindestgeschwindigkeiten nicht unterschritten werden sollen.

Wenn dieser zusätzliche Druckverlust ungeplant durch Mängel in der  Verrohrung (z.B. abgequetschte Leitungen) zu Stande kommt, wird sich die Kälteleistung des Verdichters reduzieren, was zu längeren Laufzeiten führt. Wird ein höherer Druckverlust von vornherein eingeplant, z. B. durch die Verlegung kleinerer und billigerer Rohrleitungen, erhöht sich die elektrische Leistung des Verdichters (Auslegungsprogramm).

 

5. Überdimensionierung des Verdichters

Ein überdimensionierte Verdichter hat deutlich höhere Schaltzyklen und eine erhöhte mechanische Belastung, die sich auf den Zustand des Verdichters (Verschleiß) und damit auf die Lebensdauer auswirken. Darüber hinaus liegt der überdimensionierte ungeregelte Verdichter auf einem tieferen Niveau der Verdampfungstemperatur, welches die Leistungszahl verringert. Wie groß die Energieerhöhung ist, hängt sehr stark von den eingestellten Regelungs-Parametern ab und kann daher pauschal nicht angegeben werden. Die Auswertung der Anlagen der evaluierten Betriebe ergab eine durchschnittliche Überdimensionierung des Verdichters von 35 %.

 

6. Leistungsgeregelter Verdichter

Wenn im Kühlbereich das Thermostat den Einschaltbefehl gibt, schaltet der Verdampferlüfter ein. Die Luftansaugtemperatur in den Luftkühler liegt dann oberhalb der eingestellten mittleren Kühlraumtemperatur. Im Laufe der Zeit verringert sich die Kühlraumtemperatur in Richtung des Ausschaltpunktes, bis das Thermostat den Ausschaltbefehl gibt. Der ungeregelte Verdichter schaltet über das Thermostat oder über das Niederdruckpressostat aus. Während dieser Sequenz wird die Leistungszahl schlechter. Durch die Verwendung eines drehzahlgeregelten Verdichters bleibt der Saugdruck etwa konstant. Der Verdichter reduziert die Drehzahl.

 

7. Alter des Verdichters

Das Alter des Verdichters spielt eine zweifache Rolle. Erstens gab es bei den Verdichtern Verbesserungen durch technische Entwicklungen und bessere Fertigungsmöglichkeiten, sodass ein vor 15 Jahren produzierter Verdichter eine geringere Effizienz aufweist als ein moderner Verdichter. Zweitens unterliegt der Verdichter einem entsprechendem Verschleiß, aufgrund dessen sich die Leistungszahl im Laufe der Zeit verringert. Wie sehr dieser Verschleiß jedoch die Effizienz beeinflusst, kann nur sehr schwer abgeschätzt werden, weil die Einsatzparameter zu verschieden sind und eventuelle Belastungen (z. B. durch Flüssigkeitsschläge) und deren Häufigkeit eine wesentliche Rolle spielen.

 

8. Elektronische Expansionsventile

Diese zeichnen sich im Vergleich zu den thermostatischen Expansionsventilen dadurch aus, dass sie eine geringere Überhitzung mit einem stabilen Betriebspunkt gewährleisten. Mit selbst adaptiven Reglern wird diese Überhitzung laufend überprüft und optimiert. Als Ergebnis zeigen sich im Betriebsverlauf höhere mögliche Verdampfungstemperaturen, insbesondere bei wechselnden Lastverhältnissen.

 

9. Abtauung

Für die Abtauung sind folgende Verfahren relevant:

  • Umluftabtauung
  • Heißgas- oder Kaltgasabtauung
  • Elektrische Abtauung

Weiters unterschiedet man in:

  • Nicht bedarfsgerechte Abtauung (z.B. Zeitsteuerung)
  • Bedarfsgerechte Abtauung

 

10. Innerer Wärmeübertrager

Bei einem inneren Wärmeübertrager wird Energie vom Kältemittelkondensat auf das Sauggas übertragen. Damit ergibt sich eine höhere Unterkühlung des Kältemittels und höhere nutzbare Kälteleistung. Die Auswirkung auf die Effizienz ist jedoch in erster Linie vom Kältemittel und erst in zweiter Linie vom Temperaturniveau abhängig.

 

11. Nebenaggregate

Energieeffiziente Nebenaggregate (Lüfter, Pumpen) wirken sich einerseits mit ihrem direkten Strombedarf und andererseits indirekt durch den Wärmeeintrag (z.B. Lüfter des Verdampfers) auf den Gesamtenergiebedarf aus.

 

12. Anlagengröße - Verdichtergröße

Der Wirkungsgrad des Verdichters hängt auch von dessen Größe ab. Die Bandbreite der Verdichter für die Kälteanlagen bewegt sich meist zwischen einigen hundert Watt und 2 kW elektrischer Anschlussleistung. In diesem Bereich ist der Unterschied noch nicht so ausgeprägt und es wurde im Tool kein entsprechender Einfluss eingerechnet. Den Unterschied zwischen den einzelnen Verdichtern kann man über den Gütegrad bestimmen. Der Gütegrad ist das Verhältnis der tatsächliche Leistungszahl bezogen auf die ideale Leistungszahl bei den verwendeten Temperaturniveaus (Carnot). Der Standardwert für den Gütegrad wurde mit 0,3 festgelegt (Blatt Energiekennzahl Energieoptimierung).

 

13. Verbundsatz

Ein wesentlicher Vorteil beim Einsatz eines Verbundsatzes liegt in der zentralen Anlagentechnik mit deutlich weniger Komponenten. Eine Wärmerückgewinnung lässt sich üblicherweise einfach integrieren. Insgesamt bedeutet dies bereits eine Einsparung an Überprüfungs- und Instandhaltungskosten. Ein Verbundsatz wird nicht auf die Summe der Einzelleistungen ausgelegt, sondern mit einem bestimmten Gleichzeitigkeitsfaktor. Damit ist die installierte Anlagenleistung geringer als jene bei Einzelverdichtern. Der Vorteil der Verbundsätze liegt weiters in der Teillast bzw. zu Betriebszeiten, in denen eine geringe Einschalthäufigkeit und damit eine geringe Gleichzeitigkeit auftreten. Während eine Kühlzelle auf den üblicherweise installierten Einzelverflüssigungssatz zurückgreift, kann eine im Verbund betriebene Kühlzelle in der Teillast auf die Verflüssigerfläche des gesamten Verbundes zurückgreifen, womit sich deutliche Verbesserungen in der Verflüssigungstemperatur ergeben. Weichen die Verdampfungstemperaturen der einzelnen Kühlräume stark voneinander ab, so ergibt sich beim Verbundsatz der Nachteil, dass sich die Verdampfungstemperatur am kritischsten Verbraucher orientieren muss.

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Tipp: Kältetechnik

Nutzen Sie die Bestellkriterien, um eine optimale Anlage zu bekommen.