CO2 Auf dem Vormarsch

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1 CO2 Auf dem Vormarsch Mit R744 wird dänischer Supermarkt zu großer Zufriedenheit des Betreibers gekühlt Supermarkt in Dänemark Geschäftsfeld: Gewerbe Anwendung: Supermarktkühlung Land / Ort: Dänemark / Koge Kältemittel: CO2 Produkt: Gaskühler/Verflüssiger GVH In den frühen siebziger Jahren fand Mario J. Molina heraus, dass Fluorchlorkohlenwasserstoffe die für unser Überleben auf der Erde unerlässliche Ozonschicht angreifen. Während diese Entdeckung anfänglich wenig Beachtung fand, ist diesbezüglich das Bewusstsein heute ganz anders ausgeprägt. Diese sogenannten FCKW stoßen weltweit auf breite Ablehnung. Als saubere Alternative galten lange Zeit die halogenierten Kohlenwasserstoffe (HFKW), die zwar keine oder nur geringe ozonabbauende Wirkung aufweisen, jedoch nach Meinung vieler Experten mit einem beträchtlichen Treibhauseffekt zur Erderwärmung beitragen. Seite 1

2 Dieser Zusammenhang hat Staaten wie Österreich und Dänemark zu weiter reichenden Schritten veranlasst, als sie die europäische F-Gase-Verordnung ohnehin schon für die nächsten Jahre vorsieht. Vor diesem Hintergrund entstand in Kopenhagen, Dänemark, eine der wohl innovativsten Kälteanlagen der Europäischen Union. Gesetzliche Situation in Dänemark und Österreich In Dänemark wurde es mit Beginn des Jahres 2007 Realität: für Neuinstallationen gilt nun, dass fluorierte Kohlenwasserstoffe in Kälteanlagen nur noch in Füllmengen bis 10 kg gestattet sind. Für Österreich wurde 2007 über eine Füllmengenbegrenzung für HFKW diskutiert, aber keine Richtlinie erlassen. Anlagen mit Kälteleistungen, die größere Füllmengen erfordern, dürfen weiterhin mit natürlichen Kältemitteln wie zum Beispiel dem für kleine Leistungen noch unüblichen Ammoniak (R717), dem zwar technisch möglichen, aber brennbaren Propan (R290) oder dem noch exotisch anmutenden Kohlendioxid (R744) befüllt werden. Auch für HFKW gibt es keine Begrenzung. Ob F-Gase oder natürliche Kältemittel in einer Anlage zum Einsatz kommen, ist in Dänemark jedoch seit ein wichtiger Faktor für eine wirtschaftliche Kühlung, weil der dänische Staat seitdem pro Tonne CO2-Äquivalent, das in eine Kälteanlage eingefüllt wird, eine Steuer von 13,50 erhebt. Dieses CO2-Äquivalent wird als Global Warming Potential oder kurz als GWP bezeichnet und drückt aus, welchen Beitrag ein Stoff zum Treibhauseffekt leistet. Als Referenz dient hierzu der GWP von CO2, der per definitionem mit 1 festgelegt ist. Hierzu ein Beispiel: Eine Anlage soll mit 250 kg des Kältemittels R404A befüllt werden. R404A hat einen GWP-Wert von Das bedeutet, dass eine Tonne R404A dieselbe Wirkung auf den Treibhauseffekt ausübt wie Tonnen CO2. Also: 0,25 Tonnen 13,50 /(Tonne CO2) Tonnen CO2= Das sind natürlich beträchtliche Summen, die bei der Entscheidung, welches Kältemittel zum Einsatz kommt, bedacht werden müssen. Im vorliegenden Fall, so der zuständige Techniker der dänischen Firma Knudsen Køling, sei die Entscheidung eindeutig zugunsten von CO2 als Kältemittel gefallen. Knudsen Køling Knudsen Køling ist ein mittelständisches Unternehmen in Køge/Dänemark. Das Unternehmen bietet neben Kälteanlagenbau auch ein komplettes Sortiment an Kühlmöbeln und Tiefkühlmöbeln an. Die Kühlmöbel werden am Firmenstandort in Køge hergestellt. Die erforderlichen Verdampfer werden bei Einsatz von CO2 als Kältemittel mit elektronischem Expansionsventil ausgestattet und in Edelstahlkühlmöbel integriert. Kühltheke im Supermarkt Super Best Rechtzeitig in Position bringen für die Herausforderungen der nächsten Jahre Bei Knudsen Køling hat man rechtzeitig die Weichen in Richtung Zukunft gestellt. Während mancherorts darauf gedrängt wurde, noch 2006 eine geplante Kälteanlage fertig zu stellen, um sie noch mit HFKW befüllen zu können, setzte man bei Knudsen bereits mit Erfolg auf die Alternative CO2. Hierzu waren im Vorfeld des Projekts einige technische Fragen zu klären, wie z. B.: Wie geht man mit dem hohen Druck von CO2 um? Wie verfährt man am besten mit den Rohrleitungen, damit das mit der Ölrückführung funktioniert? Wie ist der Hochdruck zu regeln? Also sind für jedes Kilogramm R404A 51,30 zu entrichten. Seite 2

3 Was ist mit den hohen Verdichtungsendtemperaturen? Bei Knudsen Køling hat man diese Fragen nicht dem Zufall überlassen. Die Anlage wurde am Firmenstandort in Køge zum Test aufgebaut und der optimale Betriebspunkt der Anlage bei transkritischem Betrieb experimentell ermittelt. So ist es jetzt möglich, die Anlage zu jedem Zeitpunkt im energetisch günstigsten Betriebspunkt zu betreiben. So entstehen drei Temperaturniveaus, von denen zwei genutzt werden und das dritte, höchste, für eine zuverlässige Wärmeabfuhr aus der Kälteanlage sorgt: Verdampfung bei 28 C. Dieses Temperaturniveau wird in den Tiefkühlmöbeln und in den im Untergeschoss des Gebäudes befindlichen Tiefkühlkammern benötigt. Die Lufttemperatur beträgt in diesen Bereichen 20 C. Verflüssigung und Verdampfung in einem Plattenwärmeaustauscher bei 10 C. Bei 10 C Verdampfungstemperatur werden die Verdampfer in den Kühlräumen und Kühlmöbeln für eine Lufttemperatur im Plusbereich versorgt. Verflüssigung bzw. Gaskühlung, je nach Umgebungstemperatur. Anlagenkältemittel: CO2 Das System S-GVH-Gaskühler/Verflüssiger mit paarweise auf Reparaturschalter verdrahteten Ventilatoren Graphische Darstellung der Kältekreise Das System besteht im Prinzip aus zwei Kältekreisen, die thermisch durch einen Plattenwärmeaustauscher miteinander gekoppelt sind. Auf der Hochdruckseite dieser Kaskade sorgt ein Verdichterverbund, bestehend aus neun Verdichtern, für eine dosierbare Kälteleistung von insgesamt 100 kw. Hinzu kommt ein Verdichterverbund von 4 Verdichtern mit einer Gesamtkälteleistung von 50 kw für die Tiefkühlstufe. Häufig werden Verbundkälteanlagen auf Verdampfungstemperaturen von 15 C beziehungsweise 35 C für die TK-Stufe ausgelegt. Jedoch ist die Auslegung bei höheren Verdampfungstemperaturen für den Betreiber mit großen Vorteilen verbunden, die sich im Betrieb stark bemerkbar machen. Durch die geringere Differenz zwischen der Raumtemperatur und der Verdampfungstemperatur wird die Luft nicht so stark entfeuchtet. Seite 3

4 Dadurch bereifen die Kühler weniger stark und es sind dadurch wiederum weniger Abtauintervalle erforderlich. Eine Anhebung der Verdampfungstemperatur um nur 1 Kelvin spart aufgrund des höheren COP zudem rund 4 % an Verdichterantriebsleistung. Die Betriebskosten einer Kälteanlage übersteigen bereits nach verhältnismäßig kurzer Zeit (je nach Auslegung zwischen 1,5 und 4 Jahren) die Investitionssumme. Deswegen ist gerade in Zeiten wachsenden Wettbewerbs der wirtschaftliche Betrieb der Kälteanlage ein wichtiger Faktor für den erfolgreichen Betrieb eines Supermarktes. Die Komponenten Bei den Verdichtern wurde in beiden Stufen des Kaskadensystems auf Verdichter der Firma Bock zurückgegriffen. Für die Regelung der Verdampfereinspritzung und der Kühlstelle wurden elektronische Komponenten der Firma Danfoss eingebaut. Die komplette Verrohrung wurde für eine ausreichende Druckfestigkeit in Edelstahl ausgeführt, da beim CO2-Kreislauf insbesondere auf der Druckseite der Kälteanlage extrem hohe Drücke auftreten können. In den Kühlkammern hat man ebenso auf Güntner-Know-how gesetzt und hocheffiziente Verdampfer der Baureihen GDF für die Normalkühlung und GHF für die Tiefkühlung gewählt. Das Wärmeabfuhrsystem: der Güntner-CO2Gaskühler/Verflüssiger - die spezielle Lösung aus dem Hause Güntner Güntner-CO2-Gaskühler/Verflüssiger Für die Wärmeabfuhr setzte man bei Ausführung der Anlage auf langjährige Erfahrung und Kompetenz aus dem Hause Güntner. Der Verflüssiger, der bei hohen Umgebungstemperaturen und überkritischer Prozessführung als Gaskühler funktioniert, ist speziell auf die Belastungen ausgelegt, die bei Einsatz von CO2 als Kältemittel auftreten können. Neben der hohen Gaskühlereintrittstemperatur, die insbesondere bei kurzen Rohrleitungen der Verdichtungsendtemperatur entsprechen kann, besteht die Herausforderung darin, auch bei Betriebsdrücken von 120 bar die Betriebssicherheit der Anlage zu gewährleisten. Hier ist man mit herkömmlichem Kupferrohr nicht unbedingt auf der sicheren Seite. Verdichterverbund Kühltheke der Firma Knudsen Køling Bei Güntner setzt man deswegen bei Einsatz von CO2 auf Edelstahl, das mit einer Wandstärke von 0,7 mm gemäß der Druckgeräterichtlinie gefertigt ist. Jeder CO2-Gaskühler wird vor Verlassen des Werkes mit einem Prüfdruck von Seite 4

5 172 bar beaufschlagt, um die Dichtigkeit zu gewährleisten. Die Prüfung wird protokolliert und ist Teil des Lieferumfangs. Durch die extrem leise und energiesparende Ausführung des Gaskühlers und der Ventilatoren ist er fast lautlos und damit bestens geeignet zur Aufstellung selbst in dicht besiedelten Gegenden, wo hohe Schallschutzanforderungen bestehen. Gaskühler/Verflüssiger-Verrohrung in Edelstahlausführung Die Verantwortung gegenüber der Umwelt und der Gesellschaft wird bei Güntner sehr ernst genommen. Der schonende Umgang mit den Ressourcen und die Sicherstellung von Gesundheit und Lebensqualität werden durch effiziente Systemlösungen mit langjähriger Betriebssicherheit gewährleistet und sind fester Bestandteil unseres Leitbildes. So wurde in diesem Kopenhagener Supermarkt der Idealfall erreicht: Betreiber und Konsument können sich zuverlässig gekühlter Ware erfreuen. Druckanzeige Nur der sachkundige Blick auf die Druckanzeige verrät, dass hier irgendetwas anders ist... Seite 5