Propan und Kohlendioxid

Die Aufgabenstellung für den örtlichen Kälteanlagenbauer wurde seitens des Betreibers definiert und umfasste im Wesentlichen nachstehende Punkte:

• Einhaltung des straffen Bauzeitenplans,

• Verwendung natürlicher Kältemittel,

• hohe Betriebssicherheit und Verfügbarkeit,

• Ausführung der Umbaumaßnahmen bei laufendem Produktionsbetrieb,

• energetisch und ökonomisch optimierte Betriebsweise der Kälteanlage,

• Verifizierung von Fördermöglichkeiten,

• Komplette technische Planung und Ausführung und

• Wärmerückgewinnung für Brauchwasser­erwärmung und Abtauung der Kühlstellen.

Als qualifizierter und gut unterrichteter Anlagenbauer wendete sich die Firma Ballmeyer Kälte-Klima GmbH mit der Aufgabenstellung an Frigoteam (www.frigoteam.com). Nach umfassender Prüfung der Fakten war schnell ein Konzept gefunden und in Form eines technisch und kommerziell ausgereiften Angebots dem Betreiber präsentiert. Neben den technischen Vorteilen eines Anlagenkonzepts mit natürlichen Kältemitteln hat die Informationsarbeit seitens Frigoteam, im Hinblick auf die gegenwärtigen Diskussionen um die Revision der F-Gase-Verordnung, die Aufmerksamkeit des Betreibers auf den Plan gerufen. Die Geschäftsführung hat schnell erkannt, dass natürliche Kältemittel zukunftssicher sowie nachhaltig sind und mit einer Investition in eine solche Kälteanlage keine Reglementierungen für die geplante Betriebszeit zu befürchten sind. An dieser Stelle war der Betreiber bereits überzeugt, diese Variante zu realisieren. Die aufgezeigte Möglichkeit von der „Förderung von Klimaschutzmaßnahmen an gewerblichen Kälteanlagen“ vom 1. Januar 2009 des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) zu profitieren, stellte dann die Ampeln auf grün. Mit der Ausführung konnte begonnen werden. Im ersten Schritt wurde der Antrag auf Förderung gemäß der Richtlinie zur Förderung von Maßnahmen an gewerblichen Kälteanlagen vom 1. Januar 2009 des BMU durch Frigoteam gestellt. Mit der Eingangsbestätigung des Antrags beim BAFA wurden die Aufträge an die beteiligten Unternehmen vergeben und die Ausführung des Projekts gestartet.

Basisdaten der Gesamtkälteanlage

1. Kühlstellen NK

Kälteversorgung Propylenglykol –3/–8 °C

Kühlstelle 1 t_R =   4 °C Kälteleistung 10 kW Luftkühler 1 Stück

Kühlstelle 1 t_R =   0 °C Kälteleistung   8 kW Luftkühler 1 Stück

Kühlstelle 1 t_R =   0 °C Kälteleistung 18 kW  Luftkühler 1 Stück

Kühlstelle 1 t_R = –1 °C Kälteleistung 2 x 20 kW Luftkühler 2 Stück

2. Kühlstellen TK

Kälteversorgung CO2 Direktverdampfung -32 °C

Kühlstelle 1 t_R = –18 °C Kälteleistung 8 kW Verdampfer 1 Stück

3.Kälteerzeugung

Einstufiger Propanchiller zur Versorgung eines Kälteträgerkreislaufs (Propylenglykol) in luftgekühlter Ausführung.

Integrierte CO₂-Verdichter-Verflüssigerstufe. Übergabe der Verflüssigungsleistung an den Glykolkreislauf.

Eingebaute hydraulische Weiche mit Speicherfunktion und Volumenstromtrennung in Primär- und Sekundärkreislauf.

Primärkälteträgerpumpe

• WRG-Enthitzer-Verflüssiger zur Auskopplung von Wärme und Übergabe an die externen Wärmespeicher für Brauchwassererwärmung und Abtauung der Kühlstellen.

• Schaltschrank und Mikroprozessorsteuerung mit GSM-Modul zur Datenfernübertragung

• Kältemittel Propan (R290)

• Kältekreise 2 Stück (100 % autark)

• Leistungsstufen 4 Stück

• Kältemittelfüllmenge 2 x 3 kg

• Kälteträger Propylenglykol 35 Vol.%

• Kälteträger-Rücklauftemperatur –3 °C

• Kälteträger-Vorlauftemperatur –8 °C

• Kälteleistung R290 80 kW

• Leistungsaufnahme R290 31 kW

• Kälteträgerspeicher, isoliert 500 l

• Kältemittel CO₂ (R744)

• Kälteleistung R744 8 kW

• Leistungsaufnahme R744 1,7 kW

• WRG-Eintrittstemperatur +40 °C

• WRG-Austrittstemperatur +45 °C

• WRG-Leistung 105 kW

• TEWI-Wert R290 1720 Tkg (gemäß DIN EN 378-1:2008)

• TEWI-Wert R744 123 Tkg

• Abmessungen (LxBxH) 3300 x 2250 x 2500 mm

• Betriebsgewicht 2500 kg

4. Rohrleitungsnetz für Propylenglykolkreislauf mit hydraulischem Abgleich zur Versorgung der NK-Kühlstellen

Rohrleistungsnetz für CO₂-Kreislauf zur Versorgung der TK-Kühlstellen.

5. Zentralschaltanlagen mit Last- und Steuerungsteil für prozessoptimierten Betrieb der Kälteanlage inkl. Brauchwassererwärmung, mit Modem zur Datenfernübertragung, Störungsweiterschaltung und Raumtemperaturprotokollierung.

Integrierte Lösung bietet Vorteile

Die technische und konstruktive Neuerung der ausgeführten Kälteanlage liegt in der Kombination der Kältemittel Propan und CO₂ mit einem Kälteträgerkreislauf, für die Normalkühlstellen, in einer werksgefertigten Anlage. In der Vergangenheit sind für diese Anwendung zwei getrennte Aggregate oder eine komplette Montage­anlage erforderlich gewesen, die dann vor Ort rohrleitungs- und steuerungstechnisch verbunden werden mussten. Mit der integrierten Lösung werden der Platzbedarf und der Montageaufwand auf der Baustelle deutlich reduziert. Beides wirkt sich positiv auf die Investitionskosten aus. Daneben werden die Anlagenteile jetzt mit einer Mikroprozessorsteuerung bedient, die auf die Anforderungen optimal abgestimmt ist und die Effizienz der Gesamtanlage erhöht. Alle Anlagen werden vor der Auslieferung einem Funk­tionstest und einem Probelauf im Herstellerwerk unterzogen. Dies verkürzt die Zeit für die Inbetriebnahme nach Abschluss der Installationsarbeiten und gewährleistet ein hohes Maß an Verfügbarkeit. Die Flüssigkeitskühlsätze werden im Werk des italienischen Maschinenherstellers Geoclima s.r.l nach Engineeringvorgaben von Frigoteam gebaut, geprüft und zertifiziert.

Kleinerer Leistungsbereich mit natürlichen Kältemitteln

Dieses Projekt ist beispielhaft für die Erstellung und den Betrieb einer Kälteanlage im kleineren gewerblichen Leistungsbereich mit natürlichen Kältemitteln. Bislang sind natürliche Kältemittel in gewerblichen und industriellen Kälteanlagen meistens den „großen Leistungen“ vorbehalten gewesen. Durch die technisch ausgereifte Kombination von Propan, im oberen Temperaturbereich, und CO₂, im unteren Temperaturbereich, und die kompakte Bauweise können fast alle Anwendungsfälle und Anforderungen erfüllt werden. Betreibern und Anwendern stehen somit keine technischen Einschränkungen im Weg, ausschließlich natürliche Kältemittel zu verwenden und damit effektiv zum Umweltschutz und zur Reduzierung der CO₂-Emissionen beizutragen. Der technisch sinnvolle und effiziente Leistungsbereich für diese Aggregate liegt im Bereich von 50 bis 400 kW im Temperaturbereich 6 bis –10 °C und 10 bis 150 kW im Temperaturbereich –25 bis –45 °C.

Die Flüssigkeitskühlsätze werden gemäß der gültigen Vorschriften und Richtlinien konzipiert und gebaut. Daneben erfolgt die Konstruktion und Ausführung nach einem von Frigoteam aufgestellten Sicherheitskonzept mit entsprechender Risikobeurteilung, wodurch keine aufwendigen und teuren Bedingungen und Vorgaben an den Aufstellungsort generiert werden. Es gelten im Wesentlichen die gleichen Anforderungen wie für Kälteanlagen mit synthetischen Kältemitteln.