Effiziente Kälte mit mechanischer Freikühlung
Containerlösung überzeugt Süßwarenhersteller Katjes mit hohem Wirkungsgrad von 9
Die „York YZ“-Kältemaschine von Johnson Controls kühlt die Produktionsstraßen am Hauptsitz des Süßwarenherstellers Katjes in Emmerich am Rhein. Ein Langzeitvergleich mit einer früher am gleichen Standort eingesetzten „York YVWA“-Kältemaschine bestätigte die Erwartungen: Der Wirkungsgrad des mit mechanischer Freikühlung betriebenen „YZ“-Flüssigkeitskühlers liegt bei 9 und damit drei Punkte über dem Wirkungsgrad der „YVWA“-Anlage. Johnson Controls hatte speziell für Katjes damit erneut eine individuelle Containerlösung erstellt, in der alle Anlagen-Komponenten kompakt und platzsparend verbaut sind.
Katjes formulierte klare Anforderungen an die neue Anlage. Um am Standort in Emmerich die Produktion von Fruchtgummis zu erweitern, suchte der Süßwarenhersteller eine zukunftssichere Kühllösung mit hoher Effizienz, Verfügbarkeit und Betriebssicherheit. Die neue Kältemaschine sollte ganzjährig für einen 24-Stunden-Betrieb geeignet sein – und dem Leitfaden zur CO2-Reduzierung von Katjes entsprechen. Darüber hinaus wünschte sich das Unternehmen eine kompakte, platzsparende Kühlanlage.
Bei laufendem Betrieb installierte Johnson Controls bei Katjes eine „York YZ“-Kältemaschine mit magnetgelagertem Turboverdichter. Als Containerlösung sind sowohl die komplette hydraulische Peripherie und Pumpen als auch Schaltschränke sowie Verkabelung in den Container integriert. Der notwendige adiabate Rückkühler wurde auf dem Dach des Containers montiert. Die zwei in die Jahre gekommenen luftgekühlten Flüssigkeitskühler wurden ersetzt.
Energieeinsparungen durch Freikühlung
Die „YZ“-Kältemaschine ist wassergekühlt und optimiert für eine hohe Energieeffizienz. Ihre zudem ölfreie und magnetgelagerte Technik ermöglicht es, mit deutlich niedrigeren Kühlwassertemperaturen betrieben zu werden als bei herkömmlichen wassergekühlten Flüssigkeitskühlern üblich. Diese besondere Eigenschaft erlaubt die sogenannte „mechanische Freikühlung“.
Diese Betriebsweise kann den Energieeinsatz deutlich verbessern. Die Kältemaschine arbeitet dabei komplett gleitend das ganze Jahr hindurch und wird, unabhängig von der Außentemperatur, mit einer Verflüssiger-Eintrittstemperatur gespeist, die niedriger sein kann als die Kaltwasser-Solltemperatur. Die niedrigere Temperatur, die bis auf eine Grenze von 4,4 °C sinken kann, akzeptiert die „YZ“ problemlos. Die geringen Differenztemperaturen zwischen Kühlwasser und Kaltwasser minimieren den Verdichterhub und den Differenzdruck, sodass die Maschine zu jeder Jahreszeit auf die Außentemperatur hin optimiert arbeitet.
Zusätzlich verringern sich die Druckverluste im robust und einfach aufgebauten Kühlwassersystem, weil bei der mechanischen Freikühlung in der Regel auf die Installation zusätzlicher Kühlwasserregelventile verzichtet werden kann – zumindest dann, wenn die Kühlwassertemperatur nicht unter 4,4 °C fallen kann. Ebenfalls nicht notwendig ist ein komplexes Freikühlsystem über einen zusätzlichen Plattenwärmeübertrager zwischen Kühlwasser und Kaltwasser.
Durch den Effekt der mechanischen Freikühlung und das optimierte Druckniveau in der Hydraulik benötigt das Gesamtsystem trotz ganzjährigem Betrieb weniger elektrische Antriebsleistung bei Verdichter und Pumpen. Die Anlage arbeitet mit dem nicht brennbaren LowGWP Kältemittel R1233zd mit dem geringen GWP-Wert von 4.
„York YVWA“ und „YZ“ im Vergleich
Bereits im Jahr 2018 wurde am Katjes-Produktionsstandort mit der „YVWA-Baureihe“ eine individuelle Containerlösung zur Kühlung der Süßwaren installiert. Die Anlage mit Schraubenverdichtern verfügt über einen drehzahlgeregelten VSD-Antrieb. Hierbei ist im Anlagencontainer eine klassische freie Kühlung über einen Plattenwärmeübertrager zwischen der Kühlwasserseite und der Kaltwasserseite installiert. Bei niedriger Außentemperatur wird die Kältemaschine abgeschaltet – und die Kälteleistung wird über den adiabaten Rückkühler erzeugt. Diese Anlage brachte bereits eine Energiekostenersparnis von bis zu 35 % gegenüber dem Vorzustand.
Das Besondere: Die Anlagenkonstellationen erlauben einen direkten Vergleich zwischen der „YVWA“-Anlage mit klassischer Freikühlung über Wärmeübertrager und der in der mechanischen Freikühlung betriebenen „YZ“-Lösung. Verglichen wurden die Wirkungsgrade der beiden Kältemaschinen und Technologien über mehrere Betriebsjahre hinweg. Dabei wurde der Gesamtwirkungsgrad der Anlagen errechnet, indem die erzeugte Kälteleistung durch die gesamte Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher geteilt wurde. Zu diesen Verbrauchern gehören z.B. die Verdichter, Lüftermotoren des Rückkühlwerkes und Motoren der Kühl- und Kaltwasserpumpen. Das Ergebnis spricht wie erwartet für das Konzept der mechanischen Freikühlung, überraschte in seinem Ausmaß aber doch: Der im Vergleichszeitraum ermittelte Wirkungsgrad der „YVWA“-Anlage von 2018 liegt bei circa 6, während der parallel ermittelte Wirkungsgrad der „YZ“-Maschine mit mechanischer Freikühlung bei 9 liegt.
Fazit
Die „YZ“-Containerlösung hat die Erwartungen von Katjes übertroffen – sie spart noch mehr Energie ein als erwartet. Dazu erklärt abschließend Dirk Ossenbrink, technischer Leiter, Katjes Fassin GmbH & Co. KG: „Der direkte Vergleich zwischen den beiden Kältemaschinen hat uns sehr überrascht. Das Konzept der mechanischen Freikühlung war für uns neu, aber der Wirkungsgrad ist überzeugend und wir sind froh darüber, dass wir uns dafür entschieden haben.“
