Klima Kaelte Kopp Event 2015

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1 Klima Kaelte Kopp Event 2015 Thema: Energieeffizienz in Kälteanlagen Wichtigkeit: Energieeffizienz ist eines der sieben wichtigen Themen im Rahmen der Energiewende in der Schweiz (CH). Fokus: Energieverbrauch pro Fachgewerk nimmt durch moderne Technik tendenziell eher ab (Heizleistung durch Labels, Luftmengen, bessere WRG, Kalt- und Warmwasser- Verbrauch Sanitär, Stromverbrauch Beleuchtung, etc.). Die Ausnahme ist die Kältetechnik (gewerbliche Kälte und Klimakälte) -> höhere Komfortansprüchen der Nutzer & Technisierungsgrad, Klimawandel. Ziel: Erhöhung Energieeffizienz in der Kältetechnik und damit Senkung des Energieverbrauchs, durch die Wahl optimaler Systeme und Kältemittel. Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing. 1

2 Inhaltsverzeichnis: 1. Einführung; Gesetzgebung 2. Kältemittel; Auswahl & Einsatz 3. Kältemittel; Füllgrenze 4. Aufstellung von Kälteanlagen 5. Teillastverhalten 6. Praxisbeispiel 7. Kernpunkte 8. Zusammenfassung Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 2

3 1. Einführung; Gesetzgebung Durch die Chemikalien- Risikoreduktions- Verordnung (ChemRRV vom ; Stand am ) sind grundsätzlich ozonabbauende Kältemittel verboten. Neu ist Fokus auf natürliche Kältemittel (ohne Fluor-Kohlen- Wasserstoffe), in Klimakälte insbesondere auf Kohlendioxid (R744; CO 2 ), Propan (R290, C 3 H 8 ) & Ammoniak (R717, NH 3 ). Die bisher stark verbreiteten R134a (CF 3 CH 2 F) & R410a (R32/125; CH 2 F 2 /CF 3 CHF 2 ) sind nur noch beschränkt einsetzbar. Als zusätzliche Kältemittel sind auch teilhalogenierte HFO- Olefine zugelassen: HFO-1234yf (CH2=CFCF3 oder C 3 H 2 F 4 )und HFO-1234ze (CHF=CHCF3 oder C 3 H 2 F 4 ). Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 3

4 2.1 Kältemittel in Klimakälteanlagen Regelung der in der Luft stabilen Kältemittel in stationären Kälteanlagen und Wärmepumpen gemäss ChemRRV (SR ), Anhang 2.10, Ziffern 2.1, 2.2 und 2.3. Graphische Zusammenfassung, Stand September 2015: Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 4

5 2.2 Kältemittel in Industrieanlagen Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 5

6 2.3 Kältemittel; Auswahl Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 6

7 2.4 Kältemittel; Umweltbelastung Ozon Depletion Potential (ODR): Ist bei R134a, R410a, R744/CO 2, R290/Propan, R744/NH 3 sowie HFO-1234yf & ze = null. Global Warming Potential (GWP): R134a = 1 430, R410a = 2 090, R744/CO 2 = 1, R290/Propan = 3, R717/NH 3 = 0, HFO-1234yf = 4, HFO-1234ze = 6. Volumetrische Kälteleistung in kj/m³: Vol. Kälteleistung in kj/m³ ( 5 /30 C) 12'000 10'000 8'000 6'000 4'000 2'000 0 R744/CO2 R410a R717/NH3 R290/Propan R134a HFO 1234yf HFO 1234ze Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 7

8 2.5 Globale Erwärmung (TEWI) TEWI (Total Equivalent Warming Impact); Berechnung: Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 8

9 2.6 Globale Erwärmung (TEWI) TEWI ist ein Verfahren zur Abschätzung der globalen Erwärmung. Wirkungsvolle Massnahmen zur TEWI- Reduktion: Minimierung der Kältemittel-Füllmenge. Konstruktion/ Auswahl der optimalen Kälteanlage & Kältemittel. Optimierung der Anlage -> maximaler COP/ EER (Teillast!). Sachgerechte Instandhaltung, ohne Kältemittelleckagen. Rückgewinnung/ Recycling von gebrauchtem Kältemittel & Dämmstoffen. Hinweis: Der energetische Wirkungsgrad hat den stärksten Einfluss auf die Verringerung des Treibhauseffektes bei der Kälteerzeugung. Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 9

10 3.1 Kältemittel: Füllgrenze Zur Bestimmung der Füllgrenze (DIN SN EN 378-1; ) muss die Anlage nach den folgenden vier Kategorien eingeteilt werden: (1.) Sicherheitsgruppe des Kältemittels; (2.) Aufstellungsbereich; (3.) Kategorie der Anlage; (4.) Aufstellung der Anlage. (1.) Sicherheitsgruppe: R134a & R410a & R744/CO 2 =A1;HFO 1234 = A2 (brennbar); R290/Propan = A3; R717/NH 3 =B2. Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 10

11 3.2 Kältemittel: Füllgrenze (2.) Aufstellungsbereich: Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 11

12 3.3 Kältemittel: Füllgrenze (3.) Kategorie der Anlage: Direktes System: Verdampfer/ Verflüssiger in direkter Verbindung mit (zu kühlendem/ zu erwärmendem) Wärmeträger. Indirektes System: Verdampfer kühlt (resp. Verflüssiger erwärmt) den Wärmeträger im geschlossenen Kreislauf. Direktes system Indirekt geschlossenes System Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 12

13 3.4 Kältemittel: Füllgrenze (4.) Aufstellung der Anlage: Es gibt drei Arten der Aufstellung für Kälteanlagen: a) Im Personen- Aufenthaltsbereich. b) Verdichter, Flüssigkeitssammler und Verflüssiger im Maschinenraum ohne Personenaufenthalt oder im Freien. c) Alle kältemittelführenden Teile in einem besonderen oder in einem Maschinenraum ohne Personenaufenthalt oder im Freien. Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 13

14 3.5 Kältemittel: Füllgrenze Maximale Füllmengen- Berechnung (DIN SN EN 378-1; ); Beispiel für Sicherheitsgruppe A2 (HFO1234): Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 14

15 4.1 Aufstellung von Kälteanlagen Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 15

16 4.2 Aufstellung von Kälteanlagen Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 16

17 4.3 Aufstellung von Kälteanlagen Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 17

18 5.1 Teillastverhalten; Kompressoren COP Leistungsbereich des Kompressors in % Turbocor Schraube Kolben Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 18

19 5.2 Teillastverhalten; EER Leistungszahl: Coefficient of Performance (COP) für Wärmepumpen; Energy Efficiency Ratio (EER) für Kälteanlagen. Berechnung: Verhältnis von erzeugter Kälte- bzw. Wärmeleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung. Energy Efficiency Ratio (EER) nach SIA 382/1:2014: Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 19

20 6. Praxisbeispiel: WP / KM Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 20

21 7. Kernpunkte Einsatz von R744/CO 2 empfohlen bei hoher Temperaturspreizung wie BWW-Erwärmung von 10 auf 65 C, mit beispielsweise Abwärmenutzung (AWN) aus Kälteanlagen. Einsatz von R717/NH 3 generell empfohlen, jedoch hohe Investitionen, Sicherheits-Anforderungen und Servicekosten. HFO-1234ze empfohlen als Ersatz des R134a- Kältemittels, auch als Kältemittel für Turbocor- Kompressoren mit hohen COP s -> insbesondere im Teillastbereich. Hinweis: Das HFO-1234ze wird Mitte 2016 neu klassiert und in der Gesetzgebung berücksichtigt. Sturmlüftung muss sorgfältig ausgelegt werden, mit direkter Absaugung in Bodennähe. Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 21

22 8. Zusammenfassung Fokus auf natürliche Kältemittel (ChemRRV), insbesondere >600kW. Einsatz von R744/CO 2, R717/NH 3 & R290/Propan anstelle von R134a & R410a sowie anderer HFKW. HFO-1234ze als gute, preiswerte Alternative insbesondere für Turbocor, mit hohem COP im Teillastbereich. Vorgehen bei grösseren Anlagen >600kW: Bestimmung (1.) Sicherheitsgruppe des Kältemittels; (2.) Aufstellungsbereich; (3.) Kategorie der Anlage; (4.) Aufstellung der Anlage. Variante einer gekapselten Lösung, mit mechanisch belüftetem Gehäuse -> Reduktion Sicherheitsbestimmungen Technikraum. Maximierung der Energieeffizienz durch AWN, Wahl der Kältemittel & Kompressoren sowie Optimierung Teillastbetrieb! Zumikon, Zoran Alimpic; Prof. Dr. dipl. Ing.; MBA 22

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