Steigerung der Effizienz von Kältemaschinen durch Zertifizierung und Trockenkühler
Die EcoDesign-Richtlinie schreibt eine hohe Effizienz von Kältemaschinensystemen vor und fördert energiebewusste Designs. Trotz bedeutender Fortschritte birgt die untergenutzte Verwendung von Trockenkühlern ein unerschlossenes Potenzial für zusätzliche Energie- und Finanzeinsparungen, wie durch einen kürzlichen Rückgang ihrer Verkaufszahlen für neue Kältemaschineninstallationen belegt.
Kältemaschinensysteme müssen die Mindestanforderungen an die Energieeffizienz (MEPS) erfüllen, wobei eine Überschreitung der MEPS Kosten- und Umweltauswirkungen reduziert und eine zukunftssichere Gestaltung gewährleistet. Die Unterscheidung zwischen zertifizierten und nicht zertifizierten Produkten gestaltet sich aufgrund der Bereitstellung von EcoDesign-Daten durch die Hersteller als anspruchsvoll, und eine Fallstudie enthüllte eine signifikante Kapazitätsreduzierung bei nicht zertifizierten Wärmetauschern..
Energieeffizienzbewertung: Zertifizierte vs. Nicht-zertifizierte Trockenkühler
Um die Auswirkungen von Trockenkühlern auf die Energieeffizienz von wassergekühlten Kältemaschinensystemen zu bewerten, wurden zwei Testaufbauten verwendet: einer mit einem zertifizierten Trockenkühler und der andere mit einem nicht-zertifizierten Gegenstück.
Das Kältemaschinensystem umfasste einen Eurovent-zertifizierten wassergekühlten Kältemaschinen (Klasse B) mit einer Kühlleistung von 1000 kW, unter Verwendung von Kältemittel R134a und zwei Schraubenverdichtern. Bei Umgebungsbedingungen von 35°C kühlte der Verdampfer Wasser von 12°C auf 7°C ab.
In dem vereinfachten Modell wurde eine feste Temperaturdifferenz von 12K zwischen der Kondensationstemperatur und der Umgebungstemperatur angenommen. Der Kondensator erhöhte die Temperatur des Sekundärfluids, das anschließend von einem Trockenkühler wieder abgekühlt wurde. Der nicht-zertifizierte Trockenkühler zeigte eine um 2,5K höhere Kondensationstemperatur bei Volllast und passte die AC-Lüftergeschwindigkeiten bei 75%, 50% und 25% Teillastbetrieb an, um dem zertifizierten Trockenkühler zu entsprechen. Die Studie ergab eine Kapazitätslücke von 25%.
Die Systeme wurden unter Verwendung des ESEER-Werts (European Seasonal Energy Efficiency Ratio) für das Gesamtsystem verglichen.
Ergebnisse
Die Leistungsaufnahme des Trockenkühler-Ventilators lag im Bereich von 10% bis 20% des Gesamtsystemverbrauchs bei den verschiedenen Lastbedingungen (Abbildung 6).
Abbildung 6: Leistungsverbrauch des Gesamtsystems Kältemaschine plus Trockenkühler (kW), basierend auf Eurovent Market Intelligence.
Bildnachweis: Auszug aus der Fallstudie Einfluss der Trockenkühlerkapazität auf die Effizienz von Kältemaschinen Autoren: Dipl.-Ing. Hanns Christoph Rauser - HCR CONSULTING, Stefano Filippini - Vorsitzender des Compliance-Ausschusses für Wärmetauscher
Abbildung 7 zeigt das Energieeffizienzverhältnis (EER) des Gesamtsystems mit den beiden verschiedenen Trockenkühlern. Der ESEER-Wert des Systems mit einem Trockenkühler mit Kapazitätslücke ist um 4,6 % niedriger, aufgrund des höheren Stromverbrauchs der Kältemaschine bei Volllast und des höheren Stromverbrauchs der Ventilatoren des Trockenkühlers im Teillastbetrieb.
Um dies in einen Kontext zu setzen: Für die Stadt Mailand beträgt die jährliche Energieeinsparung des Kältemaschinensystems mit einem Trockenkühler, bei Erreichen der geplanten Kapazität, etwa 20.000 Kilowattstunden bei berechneten 3542 Betriebsstunden.
Für Kältemaschinen mit längeren Betriebszeiten oder solche, die für Prozesskühlung ausgelegt sind, wird die Amortisationszeit noch kürzer sein.
Bei einem Preis von 0,15 € (0,12 £) pro Kilowattstunde belaufen sich die jährlichen Energiekosteneinsparungen mit einem zertifizierten Trockenkühler auf etwa 3000 € (2500 £). Wenn ein nicht zertifizierter Trockenkühler in Betracht gezogen wird, der potenziell 10 % günstiger ist, beträgt die Amortisationsdauer weniger als 1,7 Jahre, wodurch jährliche Betriebseinsparungen garantiert werden. Darüber hinaus gibt es potenzielle Kapazitätsgewinne, insbesondere bei der Nutzung von Freikühlung.
Abbildung 7: EER des Gesamtsystems Kältemaschine plus Trockenkühler bei unterschiedlichen Lastbedingungen, basierend auf Eurovent Market Intelligence.
Bildnachweis: Auszug aus der Fallstudie Einfluss der Trockenkühlerkapazität auf die Effizienz von Kältemaschinen Autoren: Dipl.-Ing. Hanns Christoph Rauser - HCR CONSULTING, Stefano Filippini - Vorsitzender des Compliance-Ausschusses für Wärmetauscher
Die Entschiedene Auswirkung der Zertifizierung auf die Effizienz
Die Zertifizierung ist entscheidend für eine optimale Systemeffizienz. Präzise Leistungsdaten, insbesondere für Wärmetauscher, beeinflussen maßgeblich die Gesamtenergieeffizienz. In der Studie führte die Verwendung eines nicht zertifizierten Trockenkühlers mit einer Kapazitätslücke von 25% in einer wassergekühlten Kältemaschine zu einer 4,6%igen Steigerung der Energiekosten.
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