Kältetechnologien in Deutschland Energetische, ökologische Analysen

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1 Kältetechnologien in Deutschland Energetische, ökologische Analysen Berliner Energietage 2013 Berlin, 15. Mai

2 Gliederung Ziele des Projekts Anwendungen der Kältetechnik Kälteerzeugung und Emissionen Zusammenfassung und Ausblick

3 Ziele des Projektes

4 Technisch wissenschaftliche Ziele (1) Im Rahmen des Vorhabens 'Kältetechnologien in Deutschland Energetische, ökologische Analysen sowie Potenziale der Entwicklung' wurden untersucht: der gegenwärtige und zukünftige Energie und Leistungsbedarf, die damit verbundenen CO 2 äquivalenten Emissionen sowie Energieeffizienz Potenziale aller Anwendungsbereiche der Kaltdampfkompressionstechnik Gewerbe Kälte (mit 16 Anwendungsgruppen); Industrie Kälte (Lebensmittel, Chemie, Pharmazie), Klimatisierung (gewerbliche, industrielle, private Gebäude, Räume) Mobile Kälte/Klimatisierung (Straßen, Schienen, Wasser, Luft sowie landwirtschaftliche und militärische Fahrzeuge); Haushalts Kälte (Kühlschränke, truhen, Kühlboxen) und Wärmepumpen (privat, industriell, gewerblich); 4

5 Technisch wissenschaftliche Ziele (2) Im Rahmen des Vorhabens 'Kältetechnologien in Deutschland Energetische, ökologische Analysen sowie Potenziale der Entwicklung' wurden untersucht: die Klimaschutzeffekte und Potenziale der Kältetechnologien thermophysikalische und ökologische Daten der derzeit eingesetzten und von der Industrie für die Zukunft angekündigter Kältemittel, ungewollte Kältemittel Emissionen aufgrund von Leckagen, Havarien und Instandhaltungsmaßnahmen, Quantifizierung der Umweltrelevanz dieser Emissionen, Emissionsminderungs Effekte nationaler und internationaler Förderprogramme und Verordnungen (EU); Weitergehende Effekte nationaler Förderprogramme und deren Hemmnisse sowie die Potenziale zielgerichteter Forschung und Entwicklung 5

6 Projektpartner 6

7 Anwendungen der Kältetechnik

8 Anwendungsgebiete der Kältetechnik C C C Wärmepumpen, Klimaanlagen, Lebensmittelfrischhaltung, Kühltransporte Kristallisation in der Kaliindustrie, Eiserzeugung, Sportanlagen Lebensmittelgefrierkonservierung, Gefriertransporte, Gefriertrocknung, Verflüssigung von Brenngasen C Blankfrosten im Trommelapparat, Schachtgefrieren C C Thermo-Barokammern, festes Kohlendioxid (Trockeneis) Verflüssigung von Ethan, Ethylen; Kryomedizin und biologie (zwischen -190 und -10 C) 8

9 9

10 Anzahl nicht steckerfertiger Anlagen Quelle: VDMA: Branchenbericht. Deutscher Markt für Kältetechnik 2009, Bestand an Kältesystemen in Deutschland nach Einsatzgebieten Marktvolumen für kältetechnische Anwendungen, Frankfurt am Main, Anzahl der Kälteanlagen in D: etwa 120 Mill. Davon: etwa 80 Mill Kühlschränke etwa 37 Mill Pkw Klimaanlagen Bild: 10

11 Kälteerzeugung und Emissionen

12 Wirkungsweise einer Kälteanlage Umgebungstemperatur Wärmestrom an Umgebung Temperatur Wärmestromeintrag Kälteanlage Antriebsleistung Wärmestrom aus Kühlraum Kühlraumtemperatur Wärmeerzeugung Strahlung "Effizienz" Nutzen Aufwand Wärmestrom aus Kühlraum Antriebsleistung 12

13 CO 2 äquivalente Emissionen Direkte Emissionen Kältemittel 13

14 Kältemittel und Treibhauspotenzial (GWP) Fluorierte Fluorierte Kältemittel R 134a R 404A R 407C R 410A R 1234yf Kohlenwasserstoffe Isobutan Propan Anorganische Anorganische Kältemittel Stoffe Ammoniak CO₂ = 1 (Referenz) GWP für 100 Jahre 14

15 CO 2 äquivalente Emissionen Indirekte Emissionen 1 kwh : 0,546kg CO Abgas, CO 2 K Kälteleistung Antriebsleistung Kraftwerk (Elekt. Leistung) Wärmeleistung 15

16 Schema einer einfachen Kälteanlage Antriebsleistung Wärmestrom aus Kühlraum "Effizienz" Antriebsleistung Wärmestrom Kühlraum ar-12 16

17 Emissionen durch Kälteanlagen

18 Globale Treibhausgas Emissionen Quelle: Emission Database for Global Atmopheric Research European Commission Globale Gesamt Emissionen (Gt CO ₂ äq) EDGAR 4.2 / 2008 extrapoliert bis 2010 Indien Japan USA Europa 2 CO : LULUCFF CH 4 China Russland N O Σ F Gase = 1,81 % 0,30 % SF6 0,19 % PFKW 0,99 % HFKW, sonst. 0,23 % Kältemittel 0,11 % Kältem., Kfz Klima CO2: Entwicklungsländer CO2: Int. Transport CO2: Annex I Staaten Bild: 18

19 Nationale Treibhausgas Emissionen (D) Datenquellen: Umweltbundesamt, eigene Berechnungen Treibhausgasemissionen (Gt CO₂ äq) 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Emissionen Antrieb stat. Kälteanlagen: 4 % Elektroendenergie 0, ,34 % SF 6 0,05 % PFKW 0,78 % HFKW, sonst. ( ) 0,11 0,3 % Kältem., direkte Emissionen Kfz. Klima 0,28 % Kältemittel, stat. Σ F Gase = 1,57 % 86,7 % CO 2 6,5 % N 2 O 5,2 % CH 4 Anteile 2008 Kältemittel aus stat. K. Anlagen Bild:, ergänzt 19

20 Potenzial Energieeinsparungen: Beispiel Supermarkt Glastüren/-deckel Lüftermotor außerhalb Verdampferlüfter Baldachin Kantenheizung Drehzahlregelung Verdichter Zweistufige Verdichtung Verbesserte Expansionsventile 3 Kelvin höhere Verdampfertemperatur überflutete Verdampfer bedarfsgerechte Abtauung Beleuchtung 3 Kelvin niedrigere Verflüssigungstemperatur Anpassung Verflüssigungstemp. an Außenluft korrektes Befüllen Luftfeuchte im Verkaufsraum [Kauffeld: Ki ] manche kombinierbar % 21

21 Zusammenfassung Reduktion der direkten Emissionen aus Kälteanlagen tragen nur wenig zum Klimaschutz bei Indirekte Emissionen aus Kälteanlagen können durch effiziente Anlagen erheblich reduziert werden Effizienzsteigerungen durch: Reduktion des Kältebedarfs Optimierte Anlagenschaltungen, geeignete Kältemittel effizienten (bedarfsorientierten) Betrieb

22 Ausblick (Projekt: EMeBKa) Entwicklung und exemplarische Anwendung von Methoden zur energetischen Bewertung von Kälteanlagen im laufenden Betrieb Projektstart Prof. Dr. Ing. Martin Becker, Hochschule Biberach Prof. Dr. Ing. Michael Arnemann,

23 Danke für Ihr Interesse Prof. Dr. Ing. Michael Arnemann karlsruhe.de Institut für Kälte, Klima und Umwelttechnik Moltkestraße Karlsruhe karlsruhe.de