Kälte Klima Aktuell. Sonderausgabe Großkältetechnik

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1 H Jahrgang Kälte Klima Aktuell Sonderausgabe Großkältetechnik Offizielles Organ der: ÜWG Überwachungsgemeinschaft Kälte- und Klimatechnik e.v. Kälte- und Klimatechnik-Innung Nordrhein Innung für Kälte-Klima- Technik Dortmund Innung für Kälte- und Klimatechnik Bremen-Oldenburg Innung für Kälte- und Klimatechnik Berlin-Brandenburg

2 A.BS.1203_PROCESS.REF_basic.DE // GROSSKÄLTE GIBT ES NICHT VON DER STANGE. DAFÜR ABER EFFIZIENZ IN SERIE. Hohe Effizienz auch für größte Anlagen: Das breite BITZER Portfolio an offenen sowie halbhermetischen Kolben- und Schraubenverdichtern bietet Ihnen absolute Flexibilität bei der Planung von Anlagen wie auch bei ihrer Anpassung auf Voll- und Teillastbetrieb. Bei BITZER fi nden Sie Lösungen für NH 3, CO 2 oder R134a ebenso wie für Booster-, Kaskaden- oder einstufi ge Anlagen. So haben Sie auch Anlagen bis in den Megawatt-Leistungsbereich umweltfreundlich und energieeffizient im Griff. Weitere Informationen erhalten Sie unter

3 Komplexe Kältetechnik Editorial Mit dieser Sonderausgabe zum Thema Großkältetechnik präsentiert die KKA bereits zum 14. Mal ein Heft, das sich ausschließlich der Kälte- und Klimatechnik größerer Dimensionen widmet. Natürlich wird auch in den regulären Ausgaben der KKA immer wieder über Großanlagen berichtet, aber eine derart umfassende Sammlung an Fachbeiträgen zum Thema Groß- und Industriekältetechnik ist sicher in der deutschen Zeitschriftenlandschaft einzigartig. Wir werfen in den zahlreichen technischen Artikeln einen Blick auf die aktuellen Trends in der Kältetechnik aus Sicht eines Herstellers (S. 8), beleuchten die Anforderungen an eine Absorptionskälteanlage in einem Putenzuchtbetrieb (S. 12), betrachten die verschiedenen Methoden und Einsatzgebiete der Hybridkühlung (S. 16) und geben Einblicke in die Möglichkeiten des Energiecontrollings in Großkälteanlagen unter besonderer Berücksichtigung der Erfahrungen im laufenden Betrieb (S. 22). Auch die Regelungstechnik von Hybridanlagen wird unter die Lupe genommen (S. 32). Weitere spannende Objektreportagen dieser Ausgabe sind die Kältecontracting-Lösung auf Mietkältebasis für das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt sowie das Fraunhofer Institut in Augsburg (S. 34), der Einsatz eines Flüssigkeitskühlsatzes mit Ammoniak bei einem niederländischen Keks- und Schokoladenhersteller (S. 36), die besonders reizvolle und anspruchsvolle Projektlösung in einem historischen Gebäude der Hamburger Speicherstadt, in dem die größte Modelleisenbahn der Welt untergebracht ist (S. 38) und eine Kombination aus Verflüssigereinheiten und Industrieverdampfern im Hochregallager eines Marzipanherstellers, die den kompletten Kühl- und Heizbedarf abdeckt (S. 42). Auch zwei Studien sind erwähnenswert, deren Ergebnisse in diesem Heft zusammengefasst werden. Dabei handelt es sich um die Inhalte zweier Vorträge von der vergangenen DKV-Tagung. Zum einen wird eine Berechungsmethode zum Energieeinsparpotential von Supermarkt-Kälteanlagen vorgestellt (S. 44), gefolgt von einem Artikel über die Ergebnisse einer experimentellen Studie über den Einsatz eines energiesparenden Luftkühlers für die Lagerung von Frischobst (S. 52). Das KKA-Sonderheft Großkältetechnik hat sicher für jeden Leser etwas zu bieten und auch wer im normalen Berufsalltag eher mit kleineren Anlagenlösungen zu tun hat, wird aus den Beschreibungen der Großanlagen Anregungen für die Umsetzung von Projekten im kleineren Maßstab finden. Auf jeden Fall unterstreichen die Beiträge die Bedeutung und Komplexität der Kältetechnik im Zusammenspiel mit anderen Gewerken der Technischen Gebäudeausrüstung. Ihr Christoph Brauneis CLEVER SAHARA KAROO YUMA GOBI REFCO Manufacturing Ltd Hitzkirch - Switzerland REFCO Manufacturing Ltd. Industriestrasse Hitzkirch - Switzerland Telefon Telefax info@refco.ch H V A C / R S e r v i c e P r o d u c t s Titel_2013_NEU.indd :21:32

4 Rubriken Editorial 1 Aktuell 4-6 Produkte Vorschau 64 Impressum 64 Coole Kekse Technik Markt Trends in der Großkältetechnik 8 absorptionskälte BHKW nutzt Abwärme 12 Wasserrückkühlung Hybridkühlung als Lösung 16 Kälte-Contracting mit Mietkälte Energiemanagement Energiecontrolling in Großkälteanlagen 22 regelungstechnik Split-Range-Regelung 32 Contracting Kälte-Contracting mit Mietkälte 34 ammoniak-anlage Coole Kekse 36 Klimatisierung Miniatur Wunderland mit großer Klimatechnik 38 Verflüssigereinheit Hochwertiges Marzipan sicher gekühlt 42 Supermarktkälte Energieeinsparpotential von Supermarktkälteanlagen 44 obstlagerung Lagerung von Frischobst Miniatur Wunderland mit großer Klimatechnik online News 42 FrigoLine -Verbundanlage (Quelle: Frigotechnik Handels-GmbH, Chillventa-Rückblick Tests mit R407F Mobile Eisstockbahn Betriebsnachfolge regeln Systeme fürs Kühlheizen Großkältetechnik 2013 H Jahrgang Kälte Klima Aktuell Sonderausgabe Großkältetechnik Wer sich für Neuigkeiten aus der Kälte-Klima-Branche interessiert, findet diese täglich aktualisiert auf Reinschauen lohnt sich! Hochwertiges Marzipan sicher gekühlt Offizielles Organ der: ÜWG Überwachungsgemeinschaft Kälte- und Klimatechnik e.v. Kälte- und Klimatechnik-Innung Nordrhein Innung für Kälte-Klima- Technik Dortmund Innung für Kälte- und Klimatechnik Bremen-Oldenburg Innung für Kälte- und Klimatechnik Berlin-Brandenburg 2 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2013

5 Wahlweise mit Hubkolbenoder Schraubenverdichtern von namhaften Herstellern Große Auswahl optionaler Komponenten, elektrisch vorverdrahtet oder mit Schaltschrank Hochwertiges Regelungssystem Massive, kompakte Bauweise Geringer Installationsaufwand, service- und wartungsfreundlich Zwei starke Partner garantieren Qualität! Mit TEKO-Verbundanlagen erhalten Sie Spitzentechnologie in hervorragender Qualität zum besten Preis-/Leistungsverhältnis. Bei der Fertigung werden nur hochwertige Komponenten von führenden europäischen Herstellern eingesetzt. Neben unserem Standard-Angebot fertigen wir selbstverständlich Verbundsysteme auch individuell ganz nach Ihren Wünschen. Von quali zierten REISS- und TEKO-Mitarbeitern erfahren Sie alles über Abwicklung und Service, wenn es um die Planung bzw. Fertigung Ihrer individuellen Verbundanlage geht. Anruf genügt. REISS KÄLTE-KLIMA GmbH & Co. KG Der zuverlässige Partner des KÄLTE-KLIMA-Handwerks Offenbach/Main, Reichertweg 1, Telefon (0 69) , Telefax (0 69) , verkauf.offenbach@kaeltereiss.de, technik.offenbach@kaeltereiss.de Niederlassungen: Hannover Dortmund Köln Hamburg Leipzig Potsdam Nürnberg München Stuttgart Mannheim Zwickau Regensburg Freiburg

6 Aktuell Umweltschutz made in Gelsenkirchen lare GmbH Anlieferung der Anlage Die Kälteanlage Tausend Feuer in der Nacht haben uns das große Glück gebracht heißt es im alten Schalke-Lied. Das aber stammt aus einer Zeit, zu der das Ruhrgebiet dafür bekannt war, dass nach einem Schauer die Fenster Fertig aufgebaute Anlage geputzt werden mussten, weil selbst der Regen eine hohe Staubbelastung hatte. Dank moderner Filtertechnologie ist auch in unserer Region die Luft heute ähnlich sauber wie im Alpenland oder an der See. Letzteres, obwohl Großunternehmen wie Thyssenkrupp Steel Europe für ihre weltweit verkaufte Stahlproduktion dem Ruf der Tausend Feuer in der Nacht mehr denn je nachkommen. Die neue Symbiose im Umweltschutz heißt heute Energieeinsparung und Ressourcennutzung. Es ergibt in vielen Fällen wenig Sinn, Reste von Wertstoffen (z.b. Farbreste, Putzmittelreste und Benzine) als Müll zu deklarieren, um sie dann unter Einsatz von zusätzlicher Energie der Verbrennung zuzuführen. Weit weniger Energie kann die Umwandlung von Reststoffen in neue Produkte kosten. Die Lare GmbH in Gelsenkirchen (www. lare-gmbh.de) hat im Frühjahr 2012 für den Entsorgungsbetrieb Remondis in Herne eine Abfallaufbereitungsanlage mit einer neuen Technologie ausgestattet, die aus flüssigen Abfallstoffen den Grundbaustein für neue Wertstoffe bildet. Das Herzstück der Apparatur ist eine Kälteanlage, die bei einer Temperatur von -60 C arbeitet. Die Anlage wäscht die Abgase aus den Lagertanks aus, um daraus in weiteren Schritten den Grundstoff für neue Produkte zu fertigen. Es versteht sich von selbst, dass die sonst bei der Lagerung von flüssigen Reststoffen frei Regelteil mit Fließbild werdenden, unangenehmen Gerüche nicht mehr entstehen. Ein weiteres Vorzeigeobjekt in Sachen Energieeinsparung hat die Lare GmbH in Bochum beim Stahlriesen ThyssenKrupp Steel Europe erstellt. Für die Kühlung eines Hydraulikraumes, der stündlich eine Wärmelast von 160 kw produziert, hat das Unternehmen Ende 2011/ Anfang 2012 eine Kühleinrichtung geplant und aufgebaut, die dem Betreiber im Vergleich zur herkömmlichen Kühltechnik pro Jahr Stromkosten im fünfstelligen Bereich einspart. In Verantwortung für Umweltschutz und rationelle Energienutzung hat ThyssenKrupp Steel Europe die Lare GmbH jetzt beauftragt weitere zehn, etwa gleich große Technikräume in den Werken Duisburg und Andernach mit der umweltschonenden und energiesparenden Kühltechnik zu erstellen. Der Gesamtauftrag hat ein Volumen von ca. 1,3 Mio. Euro. 4 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2013

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8 Aktuell Rechenzentren umweltverträglich kühlen Stulz Es gibt eine Technologie, die den Einsatz von umweltbelastenden Kältemedien bei der Kühlung von Rechenzentren überflüssig macht. Grundlage dieser Technik ist die Direktverdampfung von Wasser mittels eines magnetgelagerten Turboverdichters aus hochfestem Material. Im Unterschied zu offenen Klimatisierungssystemen auf Basis von Wasserverdunstung bildet CyberBlue des Unternehmens Stulz ( den für die Kälteerzeugung zu- ständigen Carnot-Kreisprozess vollständig in einem geschlossenen Kältekreislauf ab. Neben dem Verzicht auf chemische Kältemittel bietet CyberBlue im Rechenzentrumsbetrieb weitere Vorteile. So wird die Gefahr von Leckagen minimiert, da der Kälteerzeugungsprozess in einem Rohrleitungssystem mit Grobvakuum stattfindet. Auch in punkto Energieverbrauch ist CyberBlue interessant: Das Verfahren macht sich die Wärmeträgereigenschaften von Wasser zunutze und erreicht so hohe thermodynamische Wirkungsgrade. Darüber hinaus weist das System durch Reduktion der Kältekomponenten geringe Übertragungsverluste auf, denn es werden keine zusätzlichen Pumpen sowie Ventile benötigt. Die Kälteleistung wird direkt über teillastgeregelte Verdichterräder gesteuert. Die Verfügbarkeit der Geräte wird nach Abschluss der Testphase bekanntgegeben. Eigene Versuchsanlage Nach Reinigung wie neu thermowave Die thermowave GmbH, Berga ( Hersteller von Plattenwärmeübertragern verfügt über eine eigene Versuchsanlage, in der alle Produkte bezüglich Wärmeübergang und Druckverlust untersucht werden. Statt auf theoretische Leistungskurven oder empirische Gleichungen zurückzugreifen, stellt das Unternehmen seine Produkte auf den Prüfstand. Gemessen wird mit Wasser als warmem und Wasserglykol als kaltem Medium. Die Ausstattung mit Coriolis-Kraft-Messgeräten und empfindlichen Sensoren entspricht dem Stand der Technik. Die Zertifizierung der Anlage durch den TÜV Thüringen, die alle zwei Jahre erneuert wird, bestätigt die Konformität zwischen berechneten Auslegungsdaten und tatsächlichen Leistungswerten. Die aus einer Vielzahl von Messpunkten gewonnenen Korrelationen gehen in die firmeneigene Kalkulationssoftware ThermoLineCalculator (TLC) ein. Auf diese Weise werden für Plattenwärmeübertrager unterschiedlicher Größe und mit verschiedenen Kanalprofilen belastbare Leistungswerte ermittelt, die dem Kunden ein anforderungsgerechtes Leistungsprofil ermöglichen. Mycon Die Reinigungswirkung des JetMasters der Mycon GmbH ( lässt Lamellenwärmetauscher nach starken Verschmutzungen wie neu erscheinen; ebenso ist die Einsparung von Energie hoch, welche meistens die Reinigungskosten übersteigen. Zudem werden hitzebedingte Ausfallzeiten vermieden und die Lebensdauer der Anlage erhöht sich. Der JetMaster arbeitet ohne jegliche Chemie ausschließlich mit Druckluft und Wasser, das zuvor innerhalb des Gerätes im Durchflussverfahren für die Reinigung vorbereitet und mit zusätzlichen Mikrobläschen versetzt wird. Kipp Umwelttechnik ( setzt das umweltfreundliche JetMaster - Verfahren jetzt auch für die Reinigung eines Lamellenwärmetauschers mit einer Bautiefe von 840 mm ein. Ein Tauscher hatte durch ein Sand-/Schwefelgemisch keinen Durchgang mehr. Reinigungen mit anderen Verfahren waren zuvor erfolglos. Nach der Säuberung des Tauschers in der Strahlhalle der Kipp Umwelttechnik reinigt der Kunde den Tauscher mittlerweile selbst: schonend und effektiv im eingebauten Zustand. Die Reinigungswirkung zeigt sich dabei in in der gesamten Bautiefe. 6 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2013

9 MAKING MODERN LIVING POSSIBLE Eine Plattform viele Optionen Das neue Produktprogramm an Rohrleitungskomponenten für Industriekälteanwendungen SVL Flexline basiert auf einem modularen Plattformkonzept. Flexibilität, geringere Lagerzeiten und optimale Verfügbarkeit sind hier die Schlagwörte: Basis der SVL-Plattform ist das gemeinsame Gehäuse unterteilt in Eck- oder Durchgangsausführung. Aufgebaut werden kann dann je nach Bedarf eine von fünf verschiedenen Funktionen. 60% geringerer Lagerbestand dank der Flexibilität einer Plattform mit den verschiedensten Möglichkeiten. Eine technische Spezifikation für die gesamte Plattform. Zugelassen für 60 C bis +150 C bis maximal 52 bar und für Ammoniak, FKW und CO 2 geeignet.

10 Technik kältetrends Trends in der Kältetechnik effizienter, umweltfreundlicher, smarter Dr.-Ing. Jürgen Süß, Geschäftsführer, Cofely Refrigeration GmbH, Lindau Der Trend, Kälte möglichst effizient und nachhaltig bereitzustellen, wird besonders vor dem Hintergrund eines Wandels der Energielandschaft die technologischen Entwicklungen in den kommenden Jahren entscheidend prägen. Vor allem in der Kältetechnik kurbeln die strengen Forderungen nach energieeffizienten und umweltfreundlichen Lösungen die Nachfrage nach neuen Technologien an, die sich an technisch-ökonomischen und ökologischen Zielen orientieren werden. Diese müssen auch auf globaler Ebene Kriterien wie die sich wandelnde Energieversorgungsstruktur sowie die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien technologisch optimal einbinden und gewinnbringend ausschöpfen können. Die Klima- und Kältebranche ist dabei nicht nur gefordert, geeignete Produkte zur Verfügung zu stellen, sondern auch Betreibermodelle zu entwickeln, die den gewachsenen, komplexen Aufgaben standhalten. Dr.-Ing. Jürgen Süß, Geschäftsführer bei der Cofely Refrigeration GmbH, beschreibt die aus seiner Sicht wichtigen Trends in der Kältetechnik Vor allem die gesetzlichen Richtlinien zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen stellen Betreiber von Kältesystemen vor die zwingende Aufgabe, umweltschonende und nachhaltige Technologien einzusetzen. Dabei geht es nicht nur darum, die CO 2 -Emissionen zu verringern, die bei der Erzeugung der Antriebsenergie von Kältesystemen entstehen, sondern auch den direkten Einfluss der eingesetzten Kältemittel auf den Treibhauseffekt zu minimieren. Wie wichtig ein entschiedenes Vorgehen dabei ist, hat bereits das 1987 ausgesprochene Anwendungsverbot von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) und teilhalogeniertem Fluorchlorkohlenwasserstoff (H-FCKW) als Kältemittel gezeigt: Der ODP-Wert (Ozone Depletion Potential, Ozonabbaupotential) der global noch zugelassenen Kältemittel liegt inzwischen bei null (mit Ausnahme von R22, das regional noch angewendet werden darf). Auch das Treibhauspotential (GWP, engl. Global Warming Potential) hat sich durch diese Kältemittelumstellung erheblich verringert und macht heute nur noch weniger als 2 % der Gesamtemissionen klimaschädlicher Gase in der Europäischen Union aus. Diese Reduzierung wurde durch die Anwendung der fluorierten Kältemittel, wie z.b. R134a, möglich. Eine noch umweltschonendere Alternative bieten zwar natürliche Kältemittel wie Kohlenwasserstoffe und Ammoniak, diese stellen aufgrund ihrer Brennbarkeit und/oder Toxizität aber ein gewisses Risiko dar und sind daher mit heutiger Technologie nicht ohne Weiteres universell einsetzbar. Unabhängig von dem eingesetzten Kältemittel spielt daher in Zukunft die Minimierung der Kältemittelfüllmenge und die Dichtheit der Anlagen eine zunehmend wichtigere Rolle. In den Vordergrund rücken somit verstärkt fabrikgefertigte, hermetische Kälteanlagen, die mit einer minimalen Kältemittelfüllung auskommen, die Gefahr von Leckagen durch konstruktive Lösungen minimieren und zusätzlich maximale Energieeffizienz bieten. Die Komponenten- und Verbindungstechnikauswahl sowie die Qualitätssicherung während der Fertigung haben dabei einen erheblichen Einfluss auf zukünftige Anlagen und deren Ausführung. Auf den Bedarf abgestimmt Eine weitere Rolle spielt auch die Anpassbarkeit der Kälteleistung an den jeweiligen Kältebedarf, der in Zukunft generell, z.b. durch bessere Isolierung, sinken wird. Gerade nicht kontinuierliche Industrieprozesse oder Kälteanwendungen mit schwankender Last bieten große Energieeinsparpotentiale. Eine intelligente Anlagensteuerung sorgt für die optimale Leistungsanpassung aller Komponenten und gewährleistet eine maximale Energieeffi zienz bei unterschiedlichsten Lastbedingungen, die je nach Anwendung bis unter 10 % der Nennleistung fallen können. Bei einem Betrieb in Teillast lassen sich so zusätzliche Effizienzpotentiale der Anlage ausschöpfen. Voraussetzung für die effiziente Regelbarkeit ist die ganzheitliche Verschaltung der einzelnen Anlagenteile. Sie ermöglicht die optimale Abstimmung von Kälteerzeugung und -verteilung. Bei Anlagen größerer Leistung wird häufig eine Trennung zwischen den beiden Teilprozessen realisiert: Die Verteilung der Kälte wird dabei nicht mehr direkt vom Kältemittel übernommen, sondern erfolgt mithilfe eines Sekundärkreislaufs. Gleiches lässt sich für die Abgabe der Abwärme umsetzen, die beispielsweise über Rückkühler oder Abwärmenutzung erfolgen kann. Um dies energetisch optimal realisieren zu können, muss das Gesamtsystem regelungstechnisch alle gestellten Anforderungen erfüllen, damit die Kältelösung zu jedem Zeitpunkt mit minimalem Primärenergieaufwand die erforderliche Kälteleistung erzeugt sowie verteilt und ein Optimum in Hinblick auf Energieeffizienz, Investitionsund Betriebskosten darstellt. Dafür werden künftig zunehmend ganzheitliche oder aber auch modellbasierte Regelungskonzepte eingesetzt, die diese Anforderungen im gesamten Einsatzgebiet einer Anlage stets gewährleisten. 8 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2013

11 IT Cooling Solutions CyberCool 2 der High-End-Chiller für Rechenzentren In Deutschland entwickelt, konstruiert und produziert Maximale Energieeffizienz (gemäß Eurovent Klasse A) Integriertes Freikühlsystem Geräuschoptimierter Anlagenbetrieb Optimiert für die Nutzung in Rechenzentren Hohe branchenspezifische Optionenvielfalt

12 Technik kältetrends kälteanlagen im intelligenten Stromnetz Weitere Trends, die sich auch aus dem Wandel in der Energielandschaft ergeben, sind die Integration von Kälteanlagen in das Smart Grid sowie die sich dadurch ergebende Möglichkeit, Energie in Form von Wärme oder Kälte zu speichern. Mit der zunehmenden Umstellung auf regenerative Energien hängt die Verfügbarkeit elektrischer Energie immer mehr von äußeren Faktoren wie Wind oder Sonne ab. So wird es bei der Stromversorgung künftig zu stärkeren Schwankungen kommen. Das intelligente Stromnetz beugt dieser ungleichmäßigen Energieverfügbarkeit vor, indem der Betrieb von elektrischen Verbrauchern in Zeiten verlegt wird, in denen Stromüberschuss herrscht, und dieser daher auch zu dementsprechend günstigen Tarifen angeboten werden kann. Darüber hinaus können die preisattraktiven Stromangebote dazu genutzt werden, Energie für stromarme und damit teure Hochtarifzeiten zwischenzuspeichern. Da sich Wärme und Kälte nur vergleichsweise langsam ausgleichen und sich im Gegensatz zu Strom relativ einfach speichern lassen, eignen sich insbesondere kältetechnische Systeme gut als Energiespeicher. Bei Energieüberschuss können sie den zusätzlichen Strom einfach aufnehmen und so dazu beitragen, das Stromnetz zu stabilisieren. Erste Kältelösungen, wie zum Beispiel der Quantum -Kaltwassersatz der Cofely Refrigeration GmbH, eignen sich bereits jetzt für einen derartigen Einsatz im Smart Grid. Manche Kältemaschinen, wie der Quantum -Kaltwassersatz der Cofely Refrigeration GmbH, eignen sich bereits jetzt für einen Einsatz im Smart Grid. Solche Maschinen sind dazu in der Lage, interne sowie externe Signale zur Leistungsanpassung zu erkennen und ihre Stromaufnahme dementsprechend anzugleichen. Betreiber profitieren so von einer hohen Wirtschaftlichkeit ihrer Anlage und tragen durch die intelligente Integration erneuerbarer Energien maßgeblich zum Umweltschutz bei. kälte-contracting als Treiber der nachhaltigkeit Ein energieeffizientes Gesamtkältekonzept, das alle technischen Möglichkeiten integriert, stellt weiterhin hohe Anforderungen an die Betreiberkompetenz. So erfordert der reibungslose Betrieb einer Kälteanlage nicht nur deren kontinuierliche Steuerung, sondern darüber hinaus auch die Überwachung und Wartung der Kälteanlage sowie ihrer Der Quantum -Kaltwassersatz ist in der Lage, externe Signale zur Leistungsanpassung zu erkennen und die Stromaufnahme dementsprechend anzugleichen. Komponenten, um eine einwandfreie Funktion sicherzustellen. Dazu kommen weitere Aufgaben, die für Betreiber von Kälteanlagen gesetzlich verpflichtend sind. Hierzu zählen unter anderem wiederkehrende Unterweisungen, Gefährdungsbeurteilungen und Druckprüfungen oder aber auch das Prüfen von Fördermöglichkeiten und das kontinuierliche Bewerten von Energieeinsparpotentialen. Diese fachlich immer anspruchsvoller werdenden Betreiberaufgaben werden besonders bei großen und komplexen Anlagen mehr und mehr spezialisierte Dienstleister übernehmen. In einem Rundum-Sorglos- Paket stellen sie Betreibern das Produkt Kälte in der richtigen Menge und Temperatur zuverlässig zur Verfügung und übernehmen gleichzeitig alle erforderlichen Wartungsarbeiten und gesetzlichen Betreiberpflichten auch durch Fernüberwachung und den Fernbetrieb der Kältemaschinen, -anlagen und deren Peripherie. Nehmen Betreiber diese Dienstleistungen im Rahmen eines sogenannten Kälte-Contractings in Anspruch, ergeben sich weitere Vorteile: So bieten Contracting-Unternehmen als kältetechnische Fachbetriebe die kompletten Dienstleistungen mit festen Service Agreements zu kalkulierbaren Preisen an. Der Trend hin zum Kälte-Contracting wird die technologischen Weiterentwicklungen der Kältetechnik weiter beschleunigen und auf nachhaltige Weise fördern, da dann nicht mehr nur primär die Investitionskosten einen wesentlichen Einfluss auf die Ausführung einer Kälteanlage haben, sondern die Kosten über die gesamte Lebensdauer der Anlage betrachtet werden. So wird das Contracting zu einem wichtigen Treiber auf dem Weg zu einer nachhaltigen Kälteversorgung. 10 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2013

13 HERMETIC Anzeige Modern und benutzerfreundlich Neue Auslegesoftware für Kältemittelpumpen Martin Hülse, HERMETIC-Pumpen GmbH, Gundelfi ngen Hermetische Kreiselpumpen der Firma HERMETIC-Pumpen GmbH sind bestens geeignet zur Förderung von Flüssiggasen und nichtsiedenden Medien in Kühlhäusern, Brauereien, Eis-Sport-Anlagen und Schienenfahrzeugen. Die Pumpen zeichnen sich durch ihre Leckage- und Wartungsfreiheit aus. In der CO 2 Ausführung sind die Pumpen bis 40 bar Nenndruck ausgeführt. Die Spaltrohrmotorpumpen arbeiten bei einer Betriebstemperatur von 50 C bis +30 C und erreichen eine Förderhöhe bis 130 m Fls. und eine maximale Fördermenge von bis zu 50 m³/h. Förderhöhe 100 Q r = 6,00 m 3 /h H r = 58,00 m CAM(R) 2/6 AGX 3.0 mit Q max -Blende Ø 13,0 mm Förderhöhe H [m] Förderstrom Q [m 3 /h] Installation einer HERMETIC Kältemittelpumpe Die anwenderorientierte Auslegungssoftware erleichtert Ihnen die Auswahl der für Sie passenden Kältemittelpumpe. Insbesondere können hiermit auch Optionen der Energie - einsparung in Verbindung mit unserer Produktneuheit HermEco berechnet werden. Schnelle Registrierung Sie möchten sich selbst von den zahlreichen Vorteilen unserer neuen Auslegesoftware überzeugen? So einfach geht s: Registrieren Sie sich schnell und unkompliziert als neuen User auf unserer Homepage ( Nach erfolgter Registrierung und Erhalt der Zugangsdaten können Sie die Auslegesoftware sofort unverbindlich testen. Bereits registrierte User loggen sich einfach mit ihren bestehenden Zugangsdaten ein eine Neuanmeldung ist nicht erforderlich. Sollten Sie Ihre Zugangsdaten vergessen haben, schreiben Sie uns bitte eine an register@hermetic-pumpen.com. Sie erhalten umgehend die notwendigen Zugangsdaten. Die Vorteile im Detail direkte Eingabe der benötigten Kälte - leistung dynamische Auswahl/Selektion nach Leistungsaufnahme, NPSH alle gängigen Kältemittel sind in der Datenbank hinterlegt Integration unterschiedlicher Pumpen - schutzmechanismen, wie z. B.: Q max -Blende Mengenbegrenzungsventil HermEco -Steuerung Auswahl unterschiedlicher Einheiten - systeme automatische Datenblatterstellung (inkl. Spezifikationsparameter und Kennlinen) Aufnahmeleistung P 1 [kw] (NPSHR) [m] 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0, ,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0, Aufnahmeleistung 6 8 Förderstrom Q [m 3 /h] Erforderliche Netto Positive Saughöhe Förderstrom Q [m 3 /h] Beispielansicht nach erfolgter Pumpenwahl (NPSHA) info.kka@hermetic-pumpen.com

14 Technik Absorptionskälte BHKW nutzt Abwärme Thermisches kühlsystem in der Putenzucht Frank Molter, SolarNext AG, Bernau/Chiemsee Eine Kälteleistung von 70 kw, das Blockheizkraftwerk mit 350 kw und ein Kältespeicher von 8000 l Wasser das sind die technischen Eckdaten der thermischen Kühlanlage in einem Putenmastbetrieb im niedersächsischen Varrel. Die Vorteile liegen auf der Hand: Das biogasbetriebene Blockheizkraftwerk nutzt die Abwärme zur Kühlung des Stalls und spart dem Landwirt dadurch Stromkosten, erhöht die Energieeffizienz, reduziert den CO 2 -Ausstoß und ermöglicht insbesondere im Sommer ein Wohlfühlklima für die Puten. Im Rahmen des Forschungsprojektes nordwest2050-perspektiven für klimaangepasste Innovationsprozesse in der Metropolregion Bremen-Oldenburg im Nordwesten wurde jetzt erstmalig in der Masttierzucht in Deutschland ein thermisch angetriebenes Kühlungssystem eingesetzt. BHKW Pufferspeicher Wärme Verteilung: Kühlen Das herzstück die Absorptionskältemaschine Das Thema Kühlen wird angesichts der globalen Klimaerwärmung immer wichtiger. Die konventionelle Technik der Kühlung die Kompressionskältetechnik verwendet Strom als Antriebsenergie. Zudem werden in den meisten Fällen Kältemittel eingesetzt, die, sofern sie in die Umwelt gelangen, den Treibhauseffekt fördern. Die thermische Kühlung dagegen nutzt keinen Strom, sondern Wärme als Antriebsenergie. Dabei sind verschiedene Wärmequellen als Antriebsenergie einsetzbar: Solarwärme, Nah-/ Fernwärme, BHKW- bzw. KWK-Abwärme, Biomasse (Stückholz, Hackschnitzel, Biogas) und Prozessabwärme. Bei dem im Putenstall verwendeten, von der bayerischen Firma SolarNext ( entwickelten Ad- und Absorptionskältesystem chillii Cooling Kit WFC70 einschließlich des chillii -System- Controllers HC wird die Abwärme eines biogasbetriebenen Blockheizkraftwerks als Antriebsenergie verwendet. In dem Putenstall mit einer Fläche von 900 m² werden 3000 Puten gehalten; er wird über Gewebeschläuche gekühlt. Bisher ging die Abwärme völlig ungenutzt in die Atmosphäre. Pufferspeicher Kälte Die Funktionsweise des thermischen Kühlsystems im Schema 2012 SolarNext AG chillii Cooling System Hydraulic Sorptionskälteanlage Rückkühlung Abbildungen: SolarNext AG Zentrale Steuerungseinheit regelt Gesamtsystem Das Gesamtsystem funktioniert wie folgt: Der speziell für die Sorptionstechnologie entwickelte Systemregler übernimmt das Wärmemanagement des Absorptionssystems. In den chillii -Cooling-Kits werden Hocheffizienzpumpen eingesetzt, die aufgrund der analogen Ansteuerung mittels 0-bis-10-V-Signal sehr energieeffizient betrieben werden können. Diese bedarfsgerechte Drehzahlregelung verringert den elektrischen Energieverbrauch stark. Da nur eine Regelung für die Gesamtanlage notwendig ist, wird insgesamt eine sehr hohe Effizienz des Gesamtsystems erreicht. Betriebsrelevante Steuersignale und Messwerte (Temperaturen, Volumenströme etc.) können von einem integrierten Datenlogger aufgezeichnet, auf einer SD-Karte im System-Controller gespeichert und ausgewertet werden. Mittels Feinjustierung kann das Absorptionssystem entsprechend seinem individuellen Betriebsverhalten optimal in die bestehende Anlage integriert werden. Das Biogas-BHKW verfügt über eine Antriebswärme von 95 C und eine Leistung von 350 kw. Das Kühlsystem benötigt hiervon nur eine Leistung von etwa 130 kw. Da hier die Wärme kontinuierlich zur Verfügung steht, wird ein Wärmespeicher nur zur hydrau li schen Trennung benötigt. Die Einrichtung eines Speichervolumens zur Pufferung der Wärmeversorgung im Winter oder zur Warmwasserbereitung ist möglich. Das zur Prozesskühlung eingesetzte Kühlsystem die Sorptionskältemaschine verfügt über eine Nennleistung von 70 kw, bei einer Antriebstemperatur von 95 C (Nennbetriebspunkt 88 C) kann die Nennkälteleistung von 70 kw auf 85 kw erhöht werden, die Betriebstemperaturen des Kaltwassers betragen 7 C bis 15 C. Aufgrund der höheren Kälte- und Antriebsleitung wird auch eine 12 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2013

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16 Technik Absorptionskälte Ein Blick auf die Kühlverteilung des Putenstalls Der Putenstall bietet Platz für 3000 Puten größere Rückkühlleistung benötigt. Hierzu wird ein größerer Nasskühlturm mit einer Nennleistung von ca. 250 kw eingesetzt. Neben der Speicherung der Kälte dient der Kaltwasserspeicher auch zur hydraulischen Trennung der chillii -Cooling-Kits von den Verbraucherkreisen, die deshalb an den Pufferspeicher Kaltwasser angeschlossen werden. Durch den System-Controller wird die Kühlleistung des Systems, also Temperaturniveaus und Temperaturspreizungen, auwird, wird eine Wasser-/Lithiumbromid-Lösung eingesetzt, wobei Wasser als Kältemittel dient. Die Kühlwirkung basiert auf der Verdampfung des Kältemittels Wasser im Verdampfer. Durch ein niedriges Druckniveau verdampft das Wasser bereits bei 4 bis 7 C und erzeugt dabei die nutzbare Kälteenergie. Man spricht in diesem Zusammenhang von Verdunstungskälte. Der Absorber absorbiert den Kältemitteldampf und es entsteht eine konzentrierte Lösung. Die Lötomatisch an die Kühllast angepasst, Pumpen, Mischer sowie die Rückkühlung werden drehzahlgeregelt gesteuert. Das spart nicht nur Hilfsenergie, sondern sichert notwendige Temperaturniveaus sowie Spreizungen von Vor- und Rücklauftemperaturen. Das kühlen-mit-wärme-prinzip Beim Kühlen mit Wärme wird mithilfe von Wärme als Energiequelle Kälte erzeugt. Dafür werden spezielle thermische Kältemaschinen, sogenannte Absorptionskältemaschinen, eingesetzt. Die so erzeugte Kälte wird bei der Raumklimatisierung zur Kühlung verwendet. Generell machen Kältemaschinen Verdunstungskälte nutzbar, die entsteht, wenn eine Flüssigkeit verdampft. Dieser physikalische Vorgang entzieht der Umgebung Wärme und senkt so die Temperatur. Übertragen auf die Trägermedien Wasser und Luft wird diese Kältewirkung zur Kühlung eingesetzt. Neben einer angenehmen Raumtemperatur ist die Luftfeuchtigkeit ein wichtiger Faktor. Deshalb ist in vielen warmen Regionen der Erde die Luftentfeuchtung eine zentrale Aufgabe klimatechnischer Anlagen. Das mittels Wärme erzeugte Kaltwasser wird als Medium benutzt. Dieses Kaltwasser wird zur Kühlung der Raumluft in Klimaanlagen verwendet oder über ein Kaltwassernetz zu dezentralen Kälteaggregaten geleitet. Das Das biogasbetriebene BHKW mit einer Gesamtleistung von 350 kw nutzt die Abwärme von etwa 95 C als Antriebsenergie mit etwa 70 kw zum Betrieb der thermischen Kühlanlage Grundprinzip aller thermischen Kältemaschinen ist die Sorption, also die Bindung des Kältemittels in einer chemischen Lösung (Absorption) oder an der Oberfläche eines Festkörpers (Adsorption). Der Begriff Absorption stammt von dem lateinischen Begriff absorptio und bedeutet saugen, absaugen oder auch aufsaugen. Damit die Absorptionsstoffe wieder Feuchtigkeit speichern können, werden diese durch Wärme getrocknet. Absorptionskältemaschinen sind die weltweit am häufigsten verbreiteten Kältemaschinen. Als Träger werden ein flüssiges Kältemittel und ein flüssiges Lösungsmittel verwendet. Die Antriebswärme ersetzt die elektrische Energie eines mechanischen Kompressors. Für Kaltwasser über 0 C, das üblicherweise zur Klimatisierung verwendet sung wird auf ein höheres Druck niveau in einen Generator gepumpt. Hier wird durch Zufuhr von Wärme das Kältemittel ausgedampft und in den Kondensator geleitet. Das Kondensat fließt über ein Ventil zurück in den Verdampfer und wird erneut aufgeheizt. Die typische Leistung für Absorptionskältemaschinen liegt zwischen 30 und 100 kw. Mit einer Absorptionskältemaschine erschließen sich in Kombination mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) weitere Einsatzgebiete in der Industrie. Die Kraft-Wärme- Kälte-Koppelung (KWKK) macht es möglich, dass die erzeugte Wärme eines BHKW in Kälte umgewandelt und zum Kühlen verwendet werden kann. Dies ist immer dann von Vorteil, wenn überschüssige Wärme nicht genutzt werden kann, wie beispielsweise in den Sommermonaten. 14 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2013

17 Absorptionskälte Technik Das thermische kühlsystem im Detail Die installierte Anlage Großer nachholbedarf, aber auch nachhaltiges interesse in Tierzuchtbetrieben Nach Angaben des Statistischen Bundesamts (Destatis) wurden 2011 in Deutschland insgesamt 8,2 Mio. t Fleisch gewerblich erzeugt (gegenüber ,5 %), darunter die Geflügelfleischerzeugung, die um t (+3,1 %) auf eine Jahresproduktion von 1,4 Mio. t stieg. Nach Angaben des Verbandes Deutscher Putenerzeuger gibt es in Deutschland rund 6500 Geflügelhalter. Das zeigt das Marktpotential für effiziente Energieerzeugung sowie ressourcen- und damit kostenschonende Mastbetriebe auf. Der aktuelle DLG-Trendmonitor Europa von November belegt das mit konkreten Investitionsüberlegungen von Betriebsleitern deutscher Landwirtschaftsunternehmen: Bei den Investitionsplänen liegt der Schwerpunkt laut DLG auf der Tierhaltung: 44 % der in Deutschland geplanten Investitionen fließen in diesen Bereich, 14 % in die Bioenergie. Die Besucher der Mitte November 2012 in Hannover stattgefundenen Fachmesse EuroTier interessierten sich laut einer Umfrage vor allem für die tierartenübergreifenden Ausstellungsthemen Stall- und Hallenbau (44 %), Bioener- gie (22 %) und Klima- und Umwelttechnik (18 %). Die parallel zur EuroTier stattgefundene BioEnergy Decentral hatte als Themenschwerpunkte Bioenergie Technik & Service, Dezentrale Energieversorgung und Smart Energy. Das bestätigt, dass sich Landwirte für bedarfsgerechte, ressourcenschonende Energie erzeugung interessieren. Der Verband VDMA Power Systems erwartet, dass durch den Umbau der Energieversorgungsstruktur mit einem wachsenden Anteil Erneuerbarer Energien die Energieversorgung in Zukunft dezentraler werden wird. Die Anforderungen an die Flexibilität des Gesamtsystems steigen laut VDMA beträchtlich an, wobei steuerbare Erzeugungsanlagen eine zentrale Rolle spielen werden. Sie können bedarfsgerecht die Leistung liefern, die sich aus der Differenz der Stromnachfrage und der nicht regelmäßig zur Verfügung stehenden Stromerzeugung (z.b. aus Sonne und Wind) ergibt. Das unterstreicht die zu erwartende Nachfrage nach innovativen Energieerzeugungs- und Heizungs-/Kühlanlagen in der Tiermast wie sie zum Beispiel thermische Kühlsysteme bieten und das nicht nur in Deutschland. Solarnext- chillii -cooling-kit WFc70 chillii -System-controller hc Bedienung: Touchscreen elektrischer Anschluss: 1Ph ~ V/50 60 Hz inkl. der erforderlichen Temperatursensoren chillii WFc70 -Absorptionskältemaschine Gewicht: 1156 kg max. Leistungsaufnahme: 0,26 kwel Speichererweiterung auf etwa 6 kwel möglich Arbeitslösung: Wasser/Lithiumbromid Nennleistung: 70 kw Nenntemperaturen: 12,5 C/7 C nasskühlturm Abmessungen (B x T x H): 1,62 x 1,62 x 3,27 m Gewicht: 1700 kg Frequenzumrichter zur Regelung der Lüfterdrehzahl inkl. Schwimmer- und Magnetventil zur Befüllung inkl. Entleereinrichtung zur Spülung und bei Frostgefahr heißwasserkreis (Antriebskreis) leistungsgeregelte Umwälzpumpe Mischer mit Stellantrieb Rückkühlkreis Umwälzpumpe Mischer mit Stellantrieb installation D. Meyer Kühlanlagen GmbH, Wildeshausen

18 Technik Wasserrückkühlung Hybridkühlung als Lösung Umweltbedingungen bei der Wasserrückkühlung verbessern Dipl.-Ing. (FH) Wolf-Dieter Schnell Markdorf Die Kühlwasserversorgung moderner Kraftwerke und Industrieanlagen beruht vor wiegend auf Verfahren der Wasserrückkühlung. Nass- und Trockenkühlung sind seit Jahrzehnten bekannt. Die effektive Nasskühlung belastet aber die Umwelt durch Abluftschwaden und Wasserauswurf. Dagegen vermindert die Hybridkühlung, d.h. eine kombinierte Nass-/Trockenkühlung durch systemorientierte Schaltungen die Umweltbelastungen. m WO 30 m W t W2 m W t W1 m WZ t We m WA t W2 Feuchtlufttemperatur [tf] Fluss Häufigkeit [h/a] Bild 1: Kühlwasserkreislauf mit Nasskühlturm Bild 2: Häufigkeit der Feuchtlufttemperatur t F Wasserrückkühlung Wasser verfügt als natürlicher Wärmeträger über eine große Wärmeaufnahmefähigkeit und in einem weiten Temperaturbereich über nahezu konstante Stoffeigenschaften. Deshalb wird Abwärme von Kraftwerken und Industrieanlagen hauptsächlich durch Kühlwasser abgeführt. Die unbegrenzte Einleitung erwärmten Kühlwassers in öffentliche Gewässer ist heute nicht mehr möglich, sondern unterliegt den Gewässerschutzauflagen, z.b. bei der Wassereinleitungstemperatur, Aufwärmspanne, Wasserqualität usw. Von der Frischwasserkühlung früherer Tage wurde auf die Kreislaufkühlung umgestellt. Die Wasserrückkühlung verringert den natürlichen Wasserverbrauch und verbessert die Wasserqualität in öffentlichen Gewässern (Bild 1). nasskühlung Die Nasskühlung ist ein offenes Kühlverfahren. Bei diesem direk ten Stoff- und Wärmeübergangsprozess werden ca. 1/3 des Wärmestroms durch Konvektion und ca. 2/3 des Wärmestroms durch Verdunstung an die Umgebungsluft übertragen. Im Nasskühlturm, dem Mittel punkt des Kühlwasserkreislaufs, erfolgt eine möglichst gleichmäßige Wasserverteilung über die Kühlturmfläche A R bzw. den Kühleinbau, an dem ein inniger Kontakt zwischen Wasser und Luft entsteht. Dabei kühlt das Wasser auf die Kalt wassertemperatur t W2 ab. Die Luft erwärmt sich von der Feucht lufttemperatur t F1 auf die Schwaden temperatur t F2. Das Kaltwasser wird im Kühlturmbecken gesammelt und anschließend wieder in den Kreislauf eingegliedert. Bei der Bauart Ventilator-Kühlturm wird die erforderliche Kühlluft mit Ventilatoren durch den Kühlturm gefördert. Im Naturzugkühlturm strömt die Luft mit natürlichem Auftrieb infolge der Kühlturmhöhe bzw. der Luftdichtendifferenz im Kühlsystem. Die Kühlgrenztemperatur der Nasskühlung entspricht dem Umgebungsluftzustand bei völliger Sättigung mit Wasserdampf bzw. der Feuchtlufttemperatur, ausgedrückt durch die Luftenthalpie h L : h L1 = f (t F1 ) = f (t L1 ; j = 100%) [kj/kg] Die Messung der Trocken- und Feuchtlufttemperaturen erfolgt mit einem Aßmann schen Aspirations-Psychrometer. Dieses Psychrometer enthält zwei Thermometer. Einer der Messkolben ist mit einem leicht befeuchteten Mullstrumpf überzogen. Infolge der Wasserverdunstung werden dann zwei verschiedene Temperaturen, t L und t F, gemessen. Im Sättigungszustand (j = 100 %) müssen beide Thermometer gleiche Werte zeigen (Kontrolle). Ansonsten wird die relative Luftfeuchte durch das Mollier-h,x- Dia gramm (Bild 2) oder den Psychrometer-Tafeln des Deutschen Wetter dienstes ermittelt. Nasskühltürme unterscheiden sich sowohl nach der Bauform, der Anordnung, der Belüftung als auch dem Strömungsprinzip: Standardkühltürme für kleine Kühlleistungen in Fertigbauweise, vorwiegend aus Kunststoff; Ventilator-Zellenkühltürme für Industrieanlagen in Reihen- oder Blockanordnung (Bild 4), hauptsächlich aus Stahlbeton, mit saugender oder drückender Belüftung (Bild 3); die Strömungsführung (Bild 6) erfolgt im Gegenstrom (europäische Bauweise) oder im Kreuzstrom (britischamerikanische Bauweise). Hyperbolische Naturzugkühltürme für Kraftwerke, ausgeführt in Stahlbeton, mit Bauhöhen H > 100 m (Bild 5). 16 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2013

19 Wasserrückkühlung Technik a) saugend installierte Flexibilität Für schnellere und saubere VerKlebung ohne tropfen 1 Kaltwasserbecken 2 Turmmantel 3 Unterstützungsprotokoll 4 Kühleinbau 5 Wasserverteilung 6 Tropfenabscheider 7 Axialventilator 8 Antriebssystem 9 Elektromotor b) drückend Bild 3: Ventilator-Zellenkühltürme der Nasskühlung Die Nasskühltürme bestehen aus folgenden Bau- und Funktionsgruppen: Bautechnischer Teil: Turmmantel, Kaltwasserbecken, Unterstützungskonstruktion und Begehung; Kühltechnischer Teil: Tropfenabscheider, Wasserverteilungssystem (Schwerkraft- oder Druckwasserverteilung), Kühleinbau (Kunststoffelemente); Maschineller Teil (nur bei Ventilator-Kühltürmen): Venti lator, Antriebssystem, Elektromotor. Grundlage der Berechnung ist das Merkel -Verfahren, das vielfacher Kritik unterliegt, aber nach der Überarbeitung durch Spangemacher relativ einfach sehr zuverlässige Ergebnisse liefert. Die Leistungsfähigkeit eines Naturzugkühlturms ist von seiner effektiven Kühlturmhöhe H eff. abhängig: H eff. = p L / ( r L g) [m] mit: p L = luftseitiger Druckverlust im NZK [Pa] ρ L = Luftdichteunterschied (Differenz) zwischen Luftein- und -aus tritt [kg/m³] g = Erdbeschleunigung (9,81 m/s²)...da tropft nichts! Die neuen gelartigen Hochleistungskleber von Armacell ermöglichen ein gleichmäßiges, sauberes und sparsames Auftragen. Armaflex RS850 Kleber verfügen zudem über eine längere Haltbarkeit als Standardkleber. Die perfekte Lösung für eine einheitliche und sichere Nahtverklebung von Armaflex Dämmstoffen auf Leitungen, Rohren und Tanks. Install it, trust it. Die Maximalabmessungen moderner Naturzugkühltürme betragen: Basisdurchmesser D 130 m Turmhöhe H 150 m 17 Armaflex.com Tel.: info.de@armacell.com

20 Technik Wasserrückkühlung Einzelaufstellung Reihenanordnung Paaraufstellung Blockanordnung = Lufteintritt (max. je Zelle) 1 Kühleinbau 2 Wasserverteilungssystem 3 Tropfenabscheider Bild 4: Aufstellungsvarianten bei Nasskühltürmen Bild 5: Hyperbolischer Naturzug-Nasskühlturm Die Luftförderung der Ventilator-Kühltürme erfordert einen Energieaufwand, der durch folgende Einflussgrößen bestimmt wird: Luftvolumenstrom, luftseitiger Druckverlust, Ventilator-Wirkungsgrad. Ventilatorenergiebedarf an der Ventilatorwelle:. P V = V L x p L / h V [kw] Ventilatorenergiebedarf an der Motorwelle: P M = 1,04 1,08 x P V [kw] Zum Antrieb werden Normmotoren mit hoher Schutzklasse empfohlen. Richtwert: P N 1,1 x P M [kw] mit:. V L = Luftvolumenstrom [m³/s] p L = luftseitiger Druckverlust im VK [Pa] h V = Ventilatorwirkungsgrad [ ] Die Nasskühlung verursacht aber auch Wasserverluste; dazu gehören: Verdunstungsverlust (prozessbedingt):.. Q m W0 = h L c W t x W2 [t/h] L Abflutung (zur Erhaltung der Wasserqualität):.. S m WA = m W0 x S max. S.. m WS = x m w..... m WZ = m W0 + (m WA m WS ) + m WKr [t/h] Tropfenauswurf (strömungsabhängig): [t/h] Diese Wasserverluste müssen durch Zusatzwasser ausgeglichen werden: Zusatzwasserbedarf [t/h] mit:. m. WKr = zusätzliche Kreis lauf verluste [t/h] Q = Wärmestrom [kw] h L = Differenz der Luftenthalpie [kj/kg] x L = Differenz des Wasserdampfgehalts der feuchten Luft [g/kg] c W = spez. Wärmekapazität des Wassers [kj/(kg K] t W2 = Kaltwassertemperatur [ C] S = Salzgehalt des Zusatzwassers S max. = max. zul. Salzgehalt des Kreislaufwassers Trockenkühlung Die Wärmeübertragung ausschließlich durch Konvektion an die Umgebungsluft t L in geschlossenen Systemen entspricht dem Prinzip der Trockenkühlung. Sie arbeitet ohne Wasserverluste, abgesehen von eventuellen Leckagen im weiteren Kühlwasserkreislauf. Die Kühlgrenztemperatur t W2,lim. entspricht der Trockenlufttemperatur t L, so dass die erreichbare Kaltwassertemperatur t W2 um etwa t W = 5 K höher als bei der Nasskühlung angenommen werden muss. Die Bauform von Trockenkühltürmen mit großer Kühlleistung ähnelt den Naturzug- Nasskühltürmen. Funktionselemente sind 18 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2013

21 Wasserrückkühlung Technik Bild 6: Strömungsformen der Ventilator-Zellenkühltürme mobile kälte mieten vorwiegend Rippen- oder Lamel lenwärmeaustauscher mit Rund- oder Ovalrohren. Im Kraftwerk Schmehausen (Hamm-Uentrop) wurde ein hyperbolischer Trockenkühlturm in Seilnetzbauweise (vgl. Dachkonstruktion im Olympiastadion München) errichtet (Bild 7), der wegen des Verzichts auf den dort geplanten Hochtemperatur- Reaktor inzwischen abgerissen wurde. hybridkühlung Die Kombination von Nass- und Trockenkühlung zur Verbesse rung des Leistungsvermögens und Umweltverhaltens von Was ser rückkühlsystemen wird als Hybridkühlung bezeichnet. Es bestehen vier Schal tungs möglichkeiten für die Zuordnung von Nassund Trockenzonen innerhalb eines Hybridkühlturms. N = Nassteil, bestehend aus Tropfenabscheider, Wasserverteilsystem und Kühleinbau; T = Trockenteil, bestehend aus Rippenrohr- oder Lamellenwärmeaustauscher Schaltung A: luft- und wasserseitig in Reihe, Schaltung B: luftseitig parallel, wasserseitig in Reihe, Schaltung C: luftseitig in Reihe, wasserseitig parallel, Schaltung B: luft- und wasserseitig pa rallel. Das Umweltverhalten von Wasserrückkühlsystemen wird besonders bei Anwendung der Schaltung B verbessert.die Neckarwerke AG errichtete im dicht besiedelten Neckartal für das Kraftwerk Alt bach einen Hybrid kühlturm mit drückend angeordneten Axialventilatoren zur Belüftung des Trockenteils. Störfaktor des früheren Nasskühlturms war hauptsächlich der Abluftschwaden. Mietkälte bei Ausfall, Umbau oder in der Bauphase bei geplanter Wartung als Alternative bei R22-Ausstieg EDV Serverräume USV Industrielle Prozesskühlung Hallen Messen Flughäfen Krankenhäuser Kaltwassersätze Lüftungsgeräte Mobile Klimaanlagen Kühltürme Freikühler Scan for Case Studies Ursachen und Folgen vonumweltbelästigungen Nasskühltürme verursachen bei bestimmten Witterungsbedingungen Abluftschwaden (Nebel) und Niederschläge (Sprühregen), die in der kälte ren Jahreszeit zur Bild 7: Hyperbolischer Naturzug-Trockenkühlturm (abgerissen) im Kraftwerk Standorte europaweit h freecall Europe

22 Technik Wasserrückkühlung a N T b T N T Übersättigung auch Molekülkomplexe, müssen beim Kondensationsvorgang die frei werdende Wärme ohne große Temperaturerhöhung aufnehmen und ableiten. Hierzu muss die Dampf komponente des Wasserdampf-Luft-Gemisches den kapillaren Sättigungsdruck, gebildet aus Oberflächenspannung, Temperatur und Krümmungs ra dius der Tropfenoberfläche über steigen. c T N T N (N = Nassteil, T = Trockenteil) Bild 8: Schaltungsvarianten bei Hybridkühltürmen Eisbildung auf den Verkehrswegen und an den Gebäuden führen kann. Diese Auswirkungen haben unterschiedliche Ursachen. a) Tropfenauswurf Die Abluftschwaden enthalten Kreislaufwasser in Tropfenform, welches durch den Luftstrom im Kühlturm mitgerissen wurde. Dieser Tropfenauswurf ist abhängig vom Luftdurchsatz, der Luftgeschwindigkeit, der Regendichte und dem Tropfenspektrum. Wichtigste Einflussgröße ist die Luftgeschwindigkeit w L. Im Venti lator-kühlturm verhalten sich Tropfenauswurf und Luftgeschwin digkeit etwa proportional, während in Naturzugkühltürmen eine Abhängigkeit zwischen der thermisch-hydraulischen Belastung und dem Umgebungsluftzustand besteht. Das Verhältnis von Tropfenauswurf und Wasserdurchsatz bleibt bei steigender Regendichte annähernd konstant. Die Kühlluft kann nur Wassertropfen mitreißen, deren Fallgeschwindigkeit kleiner ist als die Luftgeschwindigkeit im Kühlturm. Tropfenabscheider verringern den Tropfenauswurf eines Kühl turms, ohne jedoch das Problem ganz zu beseitigen. Als Richtwert wird angenommen:. m WS = 0, ,001 x m W [t/h] d N b) Rekondensation Eine weitere Ursache der Umweltbelästigungen durch Nasskühltürme ist die Rekondensation des Abluftschwadens. Die Schwadentemperatur t F2 (rel. Luftfeuchte j = 100 %) liegt zwischen der Warmwasser- und Kaltwassertemperatur des Kreislaufwassers. Der Mischvorgang des Schwadens und der Umgebungsluft führt zu unterschiedlichen Mischzuständen: Bei trockener und warmer Umgebungsluft verläuft der Mischzustand oberhalb der Sättigungslinie, d.h. der Schwaden erzeugt keinen Nebel. Feuchte und kalte Umgebungsluft führt zu einem Mischzustand im Übersättigungsgebiet, d.h. außerhalb des Kühlturms entsteht eine sichtbare Nebelfahne, die Rekondensa tion auslösen kann. Die Voraussetzungen für eine Rekondensation sind: Kühlung der wasserhaltigen Abluft unter ihren Taupunkt (diese Bedingung wird durch sichtbare Schwaden erfüllt), vorhandene Kondensationskerne in der Abluft, an deren Oberfläche die Kondensation einsetzt. Die Kondensationskerne, z. B. kleine Flüssigkeitstropfen, Staubteilchen, bei größerer T c) nebelbildung Die Nebelbildung infolge des Kühlturmschwadens bedeutet eine erhebliche Verkehrsgefährdung im Umfeld der Wasserrück kühlanlage. In Abhängigkeit von den Windverhältnissen, dem Außenluftzustand, den Betriebsbedingungen des Kühlturms einschließlich der Schwadentemperatur t F2 ist die Schwadenlänge bzw. die Nebelfläche zu ermitteln. Erfahrungsgemäß neigen Kühltürme mit hoher Aufwärmung der Kühl luft, d.h. Ausführungen mit leistungsfähigem Kühleinbau und großer Kühlzonenbreite (z = t W1 t W2 ) stärker zur Nebelbildung. Der Tropfenauswurf von Na tur zugkühltürmen mit großer Bauhöhe und relativ geringer Luftgeschwindigkeit lässt sich durch den Einbau effektiver Tropfenabscheider auf < 0,02 % verringern. Der Windeinfluss hat einen Anströmwinkel von ca. 90 (Haupt- und Seitenwinde). Somit sind die Umweltbelästigungen weniger auffällig als bei Ventilator-Zellenkühltürmen in Rechteckbauweise und Bauhöhen < 20 m. Zu den Problemen der Nebelbildung und Niederschläge kommt die Rezirkulation hinzu. Hierbei handelt es sich um die Rückströmung der Abluft zum Lufteintritt des Kühlturms, ausgelöst durch ein starkes leeseitiges Unterdruckgebiet. Infolge der Seitenwinde, die auf das räumliche Rechteck einwirken, steigt der Widerstandsbeiwert auf das Vierfache gegenüber runder Baukörper an (Bild 12). Möglichkeiten der hybridkühlung Obwohl die Rezirkulation durch konstruktive Maßnahmen, z. B. höhere Kühltürme zur Vergrößerung des Abstands zwischen Luftein- und -austritt, vermeidbar ist, erfordern weitere Umweltbelästigungen (Abluftschwaden, Niederschlag) eine Änderung des Rückkühlverfahrens. Die Anwendung der Trockenkühlung ist selten auslegungstechnisch ausreichend. Außerdem erhöht sie erheblich die Bau- und Betriebskosten (Kaltwassertemperatur t W2 = f (t L ) anstelle t W2 = f (t F )). Spangemacher empfahl schon 20 Kälte Klima Aktuell Großkälte 2013