KÄLTE. Kältetechnik hat viele. Einsatzbereiche. Wie wird Kälte erzeugt? Kälteanlagen

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1 Kältetechnik hat viele KÄLTE Einsatzbereiche Kältetechnik wird in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Sie kühlt Waren in Lagerhäusern, Lebensmittel in Geschäftsräumen, elektronische Datenverarbeitungsanlagen in Technikräumen und temperiert ganze Büround Gewerbegebäude im Sommer über Klimaanlagen. Innerhalb industrieller Produktionsprozesse spielt Kältetechnik ebenfalls eine wichtige Rolle. Die beiden Hauptverfahren der Kältetechnik sind der Kompressionskälteprozess und der Absorptionskälteprozess. Wie wird Kälte erzeugt? Kälte ist zunächst ein Temperaturunterschied. Sie ist ein Energieniveau, das unter dem seiner Umgebung liegt. Um zu kühlen, muss Wärme entzogen werden, die an anderer Stelle wieder abgegeben wird. Dieser thermodynamische Kreisprozess findet in der Kältemaschine statt. Für ihn wird Energie aufgewendet; überwiegend ist dies elektrische Energie. Der Entzug von Wärme wird durch Verdampfen einer Flüssigkeit (Kältemittel) erreicht. Beim Übergang vom flüssigen in den dampfförmigen Zustand wird Energie in Form von Wärme aufgenommen. Diese Verdampfungswärme wird dabei dem Kühlgut entzogen. Beim Kompressionskälteprozess und beim Absorptionskälteprozess werden dazu spezielle Kältemittel eingesetzt, die schon bei tiefer Temperatur und niedrigem Druckniveau verdampfen. Nach der Verdampfung wird das Kältemittel durch einen Kompressor verdichtet und bei höherem Druck und höherer Temperatur kondensiert (verflüssigt). Bei der Verflüssigung wird die Verdampfungswärme wieder freigesetzt und muss über den Kondensator an die Umgebung abgegeben Welches Kältemittel bei diesem Prozess verwendet wird, hängt von der gewünschten Kühltemperatur und den unterschiedlichen Einsatzerfordernissen ab. Weitere Kriterien sollten das Ozonabbaupotenzial, der Grad der Treibhausschädigung sowie der Energieverbrauch sein. Kälteanlagen Bei Kälteanlagen wird die zu entziehende Wärme durch den Verdampfer aufgenommen. Dies kann über einen Direktverdampfer oder indirekt über ein zwischengeschaltetes Kühlsystem erfolgen. Besonders bei großen und verzweigten Kältenetzen wird eine zentrale Kältemaschine betrieben, die über ein Sekundärnetz mit den zu kühlenden Räumen in Verbindung steht. Das zentrale Kälteaggregat übernimmt die notwendige Kälteerzeugung. Von hier aus wird die Kälte dann im Gebäude verteilt. Ebenso kann beim Kondensator die Abwärme direkt an die Umgebungsluft abgegeben werden oder es wird ein sekundäres Kühlsystem nachgeschaltet, um die Wärme abzuführen. 50

2 (l.) Ein Kühlregister nutzt die Außentemperatur, um Kältemittel energiesparend vorzukühlen. (r.) Pumpen verteilen die Kälte im Gebäude und sind nicht zu unterschätzende Verbraucher. Kältemaschinen, die bereits im Einsatz sind, können in der Regel nur mit hohem finanziellen Aufwand nachträglich optimiert Durch Änderung des Kältemittels oder Anpassung der Verdichterdrehzahl können regelungstechnische Maßnahmen innerhalb des Kältemittelkreislaufs realisiert Ansatzpunkte sind im Bereich der Sekundärkreisläufe und der Förderpumpen zu finden. Kühlen und Gefrieren in der Praxis Kälte spielt vor allem im Lebensmittelbereich eine große Rolle. Zwischen 50 und 60 Prozent des gesamten Stromverbrauchs in diesem Segment werden heutzutage für das Kühlen und Gefrieren von Waren aufgewendet. Schon mit einfachen Maßnahmen kann Energie eingespart Wird die Lagertemperatur um 1 Grad Celsius angehoben, beläuft sich die Stromeinsparung auf 6 Prozent. Deshalb sollte die Lagertemperatur kontinuierlich überprüft Auf die richtige Lagertemperatur kommt es deshalb an: Für gefrorene Waren genügt eine Lagertemperatur, die sich zwischen minus 20 Grad Celsius und minus 22 Grad Celsius bewegt. Bei gekühlten Waren reichen Temperaturen von 0 Grad Celsius bis 6 Grad Celsius aus. Minimale Luftbewegungen in den Kühlräumen sichern die Qualität des Kühlgutes. Kühl- und Gefrierräume sollten immer gut ausgelastet sein. Sind die Räume nur teilweise belegt, sollte geprüft werden, ob die Waren in einem Raum zusammengelegt werden können. So können die restlichen Räume abgeschaltet Die Türen von Kühlräumen sollten nie unnötig offen stehen. Nur so kann verhindert werden, dass der Verdampfer vereist. Durch optische oder akustische Signalgeber können versehentlich offen stehende Türen vermieden Vorhänge aus Kunststoffbahnen und Schnelllauftore können den Eintritt von Wärme und Feuchtigkeit in Kühlräume verringern. Ein häufig vereister Verdampfer muss entsprechend oft abgetaut Das kostet viel Strom. Werden größere Mengen tiefgefrorener Ware aufgetaut, sollte dieses in Kühlräumen (0 Grad Celsius bis 4 Grad Celsius) vorgenommen Während hier Energie zum Kühlen sogar eingespart wird, würde die Ware in beheizten Räumen zusätzliche Wärmeenergie erfordern. Um die Betriebskosten niedrig zu halten, ist eine ausreichende Wärmedämmung der Kühl- und Gefrierräume notwendig. Dies ist auch unter dem Gesichtspunkt wichtig, dass die Kälteanlage einmal ausfallen könnte. Die Kälteanlage funktioniert auch bei hohen Außentemperaturen reibungslos, wenn der Kondensator regelmäßig gereinigt wird und keinem direkten Sonnenlicht ausgesetzt ist. Zudem muss eine ausreichende und kühle Luftzufuhr gewährleistet sein. 51

3 Einsparpotenziale: Es sollte im Rahmen der Wartung regelmäßig geprüft werden, ob der Kältekreislauf keine Leckagen aufweist. Prüfen Sie auch die Dämmung der Kältemittel- und Kältewasserleitungen regelmäßig. Wegen der Untertemperatur der Rohrleitungen im Vergleich zur Umgebung kann durchdringender Wasserdampf bei fehlenden oder beschädigten Dampfsperren zur Durchfeuchtung der Dämmung führen. Die Dämmwirkung wird dadurch stark verschlechtert, Korrosionsschäden können entstehen. Kondensatoren müssen regelmäßig gereinigt Besonders in Kühltürmen sind sie häufig stark verschmutzt. Bei Verschmutzung der Oberflächen verschlechtert sich der Wärmeübergang. Dadurch steigen die Kondensationstemperaturen, während sich gleichzeitig der Wirkungsgrad der Kälteanlagen verschlechtert. Hoher Verschleiß bis hin zu Defekten ist die Folge. Das Temperaturniveau muss überprüft Nicht immer sind die eingestellten Temperaturen am Kühlort notwendig. Häufig reicht schon eine höhere Verdampfertemperatur aus. Die Anlagenbetriebszeit sollte der tatsächlichen Nutzungszeit angepasst Kühlräume optimal auslasten. Kälte 52 Maßnahmen bei einer umfangreichen Sanierung von Kälteanlagen Hat sich ein Betrieb entschlossen, seine Kälteanlagen zu sanieren, gibt es viele Möglichkeiten, die Effektivität zu steigern. Lassen Sie prüfen, ob dezentrale Kälteanlagen zusammengefasst oder ob eine schon vorhandene zentrale Kälteanlage in mehrere dezentrale Anlagen aufgeteilt werden sollte. Diese Frage kann nur anhand der spezifischen Gegebenheiten des jeweiligen Betriebs sowie des Nutzungszusammenhangs beantwortet Da größere Kältezentralen besser regelbar sind und ihre Leistung an den Kältebedarf genau angepasst werden kann, ist der Gesamtwirkungsgrad im Vergleich zu dezentralen Anlagen grundsätzlich günstiger. Zusätzlich ist die Installation einer zentralen Wärmerückgewinnung möglich. Werden die einzelnen Komponenten allerdings dezentralisiert, können sie besser an die spezifische Kühlaufgabe angepasst Dies gilt sowohl für die Kälteanlage selbst als auch für ihre Regelung. Mit dem Ersatz nicht geregelter durch leistungsgeregelte Verdichter können jährlich zwischen 28 und 35 Prozent an Energie eingespart Bei Anlagen mit wassergekühlten Kondensatoren, die im Durchflussverfahren betrieben werden, sollte geprüft werden, ob eine Rückkühlung über ein Verdunstungskühlwerk wirtschaftlich sinnvoll ist. Da das Wasser dann im Kreislauf gefahren wird, reduziert sich der Wasserbedarf um bis zu 95 Prozent.

4 Insbesondere beim Ersatz von Trinkwasser können dadurch erhebliche Kosten gespart und ein wertvoller Beitrag zum Ressourcenschutz geleistet Auch in Betrieben, in denen ein hoher Kältebedarf für den Fertigungsprozess besteht, können durch Abwärmenutzung erhebliche Betriebs- und Energiekosten eingespart Kühlluft wärmt im Winter Dieser Deckenflachverdampfer sorgt in einer Fleischerei für die wirtschaftliche Kühlung der Produkte. Abwärmenutzung bei der Kälteerzeugung Mit Anlagen zur Wärmerückgewinnung kann die Abwärme eines Kondensators genutzt In vielen Betrieben wird gleichzeitig Kälte und Wärme benötigt. Das können zum Beispiel Bäckereien sein, die Kälte für ihre Kühltruhen benötigen und mit der Abwärme den Warmwasserbedarf für die Teigherstellung decken. Beispiel Ein zweites Beispiel sind Fleisch verarbeitende Betriebe, die neben den Kühlräumen viel warmes Wasser zum Brühen, Spülen und Reinigen benötigen. Mit dem Umbau der Kälteanlage von Durchlaufkühlung mit Trinkwasser zu Kreislaufkühlung mit Wärmerückgewinnung in einer Hamburger Fleischerei werden jährlich fast Kubikmeter Trinkwasser und Abwasser sowie fast Kilowattstunden Strom für die Bereitung von Warmwasser mit Elektroboilern eingespart. Wer in seinem Betrieb eine Heizungsanlage neu plant, sollte prüfen, inwieweit die Abwärme der Kälteanlage in die Heizungsanlage eingespeist werden kann. So verwendet beispielsweise ein Betrieb die Abwärme aus dem Kühlprozess zum Heizen. Der Betrieb installierte zur Kühlung von Spritzwerkzeugen einen geschlossenen Kühlkreislauf mit einer Kompressionskälteanlage: Die Abwärme des Kondensators trägt im Winter dazu bei, die Werkhalle zu beheizen. Beispiel In einem Hamburger Bürogebäude werden Technikräume für eine umfangreiche EDV- Anlage gekühlt. Eine zentrale Kältemaschine versorgt über ein Kaltwassernetz dezentrale Luftbehandlungsgeräte in ausgewählten Räumen mit Kälte. Durch den Einsatz eines separaten Wärmetauschers für eine freie Kühlung kann bei Außentemperaturen unter 4 Grad Celsius die Außenluft zur Kühlung allein genutzt werden, ohne dass der Kompressor betrieben werden muss. Durch die Maßnahme sank der Stromverbrauch für die Kälte des Bürogebäudes im Jahr um rund Kilowattstunden. Das sind 8 Prozent weniger im Vergleich zu den Vorjahren. Diese Investition amortisierte sich bereits nach drei Jahren. 53

5 Auf die Nutzung kommt es an Viele Kälteanlagen sind überdimensioniert, weil sich die Nutzungsbedingungen verändert haben oder die Anlagen unter anderen Annahmen geplant wurden. So produzieren beispielsweise neuere EDV-Anlagen auf Grund kompakterer Bauformen und einer sich rasch weiterentwickelnden Technik geringere Wärmemengen. Die Kälteanlagen sollten daran angepasst Wie hoch die Energieeinsparungen sind, hängt von den jeweiligen Verhältnissen sowie dem Anlagenbetrieb ab. Nutzungstemperaturen, die bis zu minus 60 Grad Celsius erreichen. Auf Grund der Wärmerückgewinnung innerhalb des Prozessvorgangs und der mehrstufigen Austreibung und Absorption wird die eingesetzte Energie sehr gut ausgenutzt. Der Austreiber kann durch Dampf, Gas oder Heißwasser beheizt Optimal lassen sich diese Anlagen in Verbindung mit einem Kraft-Wärme-Kopplungsprozess betreiben, weil die Abwärme für den Austreiber genutzt werden kann. Nutzt man den Kraft-Wärme-Kopplungsprozess sowohl für die Heizwärmenutzung als auch zur Kälteerzeugung, ist die Kraft- Wärme-Kopplungsanlage über das ganze Jahr hinweg gut ausgelastet. Im Sommer ist der Bedarf an Heizwärme gering, der Kältebedarf aber umso höher. Zur kostengünstigen Kühlung von Technikräumen kann bei geringen Außentemperaturen die Außenluft eingesetzt Bei größeren industriellen Anwendungen z. B. zu Klimatisierungszwecken oder zur Maschinenkühlung, nutzen Absorptionskältemaschinen gegenüber Kompressionskälteanlagen die eingesetzte Energie besser aus und sind vor allem langlebiger. Die Nutzungstemperaturen liegen dabei zwischen 4 Grad Celsius und 12 Grad Celsius. Es gibt aber auch Kälteanlagen mit tieferen Für Großanwender ist der Einsatz von Absorptionskältemaschinen lohnend, weil sie langlebig sind und eine gute Energieausnutzung bieten. 54

6 Kauf und Betrieb von Kühl- und Gefriergeräten Bei der Anschaffung von Kühl- und Gefriergeräten sollten die Gerätekennwerte einzelner Hersteller miteinander verglichen Diese Kennwerte geben an (eine Normnutzung vorausgesetzt), wie viele Kilowattstunden innerhalb von 24 Stunden verbraucht Die Unterschiede im Stromverbrauch können bei den verschiedenen Gerätetypen erheblich sein. Die Stromkosten können, über die Lebensdauer der Geräte gesehen, den Kaufpreis bei weitem überschreiten! Energie Hersteller Modell Niedriger Verbrauch A B C D E F G Hoher Verbrauch A Achten Sie bei Kühlgeräten auf die angegebene Energieklasse und rechnen Sie die Stromkosten für die nächsten Jahre in den Kaufpreis mit ein so vergleichen Sie richtig. Mit dem richtigen Standort eines Kühlmöbels kann Energie eingespart werden: Vermeiden Sie die direkte Nähe von Heizkörpern, von starken Lichtquellen sowie die Einstrahlung von Sonne. Kühlmöbel dürfen nicht über die Stapelmarke hinweg gefüllt werden, denn dadurch wird der Kaltluftschleier gestört. Die Folge ist, dass die Kühlmöbel häufig abgetaut werden müssen. Es ist energetisch günstig, die Raumtemperatur dort zu senken, wo das Kühlmöbel steht. Die Beleuchtung von Kühltheken gibt Wärme ab. Sie erhöht den Stromverbrauch. Was bei Kühlmöbeln im Gewerbebetrieb wichtig ist, ist auch beim Kühlschrank im Büro zu beachten der Energieverbrauch und der richtige Betrieb. Energieeinsparungen können zudem durch Glasabdeckungen erreicht Bei gleichzeitiger Verbesserung der Qualität können bis zu 25 Prozent Energie eingespart werden und man muss seltener abtauen. Zumindest während der Nacht oder am Wochenende, d. h. in der verkaufsfreien Zeit, sollten offene Kühlmöbel abgedeckt Alternativ zur elektrischen Abtauung bietet sich heute die Heißgasabtauung an. Sie nutzt die Abwärme des Kühlgerätes aus und vermeidet Stromspitzen während des Abtauprozesses. Wenn technisch eine Trennung möglich ist, sollte das Kühlaggregat außerhalb von geschlossenen Räumen installiert werden, um Kälte eine bessere Wärmeabgabe zu erzielen. 55

7 Maßnahmen für eine effiziente Kälteerzeugung: Bedarfsgerechte Anlagenplanung Erhöhung der Verdampfungstemperatur Präzise Auslegung der Leistungsreserven für den Kondensator Stufenlos drehzahlgeregelte Verdichter Möglichkeit der Heiß- bzw. Kaltabtauung Wärmerückgewinnung z.b. zur Brauchwarmwassererwärmung oder zur Beheizung von Hallen Freie Kühlung kann zeitweise den Betrieb der Kältemaschine ersetzen. Systeme, die zum Kühlen Trinkwasser im Durchfluss nutzen, sind zu vermeiden Schon beim Kauf der Geräte auf Gerätekennwerte achten und Vergleiche anstellen Der Standort des Gerätes bestimmt den Energieverbrauch mit. Warme Plätze in der Nähe der Heizkörper sind zu vermeiden Empfohlene Vorgehensweise Die nächsten Schritte zum wirtschaftlichen Umgang mit Kältetechnik wären: Eigene Analyse der Kälteanlage Wärmedämmung optimal? Kältekreislauf dicht und Leitungsdämmung o.k.? Kondensatoren sauber? Anlage optimal ausgelastet oder überdimensioniert? Temperaturniveau bedarfsgerecht? Kühl- und Gefriergeräte veraltet? Standort licht-oder wärmegeschützt? Inanspruchnahme von Fachleuten Kostenloser Erst-Check und individuelle Einzelberatung vor Ort durch das Unternehmen für Ressourcenschutz (Kontakt: 040/ oder -4378) Systematische Ermittlung von Einsparpotenzialen durch spezialisierte Ingenieurbüros (Bezuschussung durch das Unternehmen für Ressourcenschutz möglich) Umsetzung durch Haustechniker oder Fremdfirmen (z.b. Modernisierung der Kälteanlage, Installation einer Wärmerückgewinnungsanlage u.a.) Interne Erst-Maßnahmen Auslastung und Temperatur optimieren Kälte In großen Anlagen wird die Kälte in Strängen verzweigt. Energieeinsparungen lassen sich durch exakte Anpassungen an die Nutzungsanforderungen erzielen. Auch die Anlagenbetriebszeiten sollten der tatsächlichen Nutzungszeit entsprechen. 56

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