Handelsimmobilien zukunftsfähig und zuverlässig Kühlen
Zertifizierte Lösungen bieten Sicherheit
Die Herausforderungen für den Gebrauch von Kälte- und Klimaanlagen sind vielfältig. Durch Gesetzgebungen gewinnt beispielsweise der Einsatz natürlicher Kältemittel und die Energieeffizienz im Gebäudebetrieb immer mehr an Bedeutung. Hiermit steigt auch die Notwendigkeit, umweltfreundliche Anlagen zu nutzen, die vor Ort zuverlässig und effizient arbeiten. Dafür ist es wichtig, dass die im jeweiligen Hersteller-Informationsmaterial angegebenen Daten in der Praxis eingehalten werden. Vor diesem Hintergrund geben Zertifizierungen bzw. zertifizierte Leistungsangaben allen Beteiligten die notwendige Sicherheit.
Das Kolloquium “Energieeffiziente Kältesysteme für Supermärkte & Einkaufszentren” bot Marktteilnehmern am 28. Juni in Darmstadt eine Plattform zum Informations-, Erfahrungs- und Meinungsaustausch. Dabei standen von “Eurovent Certifia Certification” (ECC) zertifizierte Lösungen im Mittelpunkt, um so auch das Zertifizierungssystem selbst erstmalig in Deutschland durch eine zielgruppenspezifische Präsenzveranstaltung vorzustellen. Veranstalter des Kolloquiums waren ECC, Paris, sowie das Ingenieurbüro Coolplan aus München. Der Fachaustausch fand am Vortag des 14. Supermarkt-Symposiums des Zentralverbands Kälte Klima Wärmepumpen e.V. (ZVKKW) statt. Eine Folgeveranstaltung von Eurovent ist für Herbst 2024 in Deutschland geplant.
Grundlagen
Beim Wettlauf um die Einführung umweltfreundlicher Technologien ist wesentlich, Planern und Systementwicklern Zugang zu verlässlichen Daten über die Leistungsfähigkeit von Komponenten/Systemen zu verschaffen, damit diese erfolgreich geplant und installiert werden und später wie angegeben eingesetzt werden können. Wenn dies nicht der Fall ist, kann der Ruf der Technologie – und derjenigen, die sie spezifizieren, entwerfen und installieren – zu Unrecht geschädigt werden, wenn vermeintlich nachhaltige Systeme in der Praxis nicht wie erwartet arbeiten und die Produktqualität darunter leidet. Zudem müssen Betreiber – neben einem störungsfreien und energieeffizienten Betrieb von Kälte- und Klimaanlagen – sicherstellen, dass alle gesetzlichen Vorgaben eingehalten werden und sich hierfür kontinuierlich weiterbilden.
Bei der Begrüßung der gut 30 Teilnehmenden im Maritim Hotel Darmstadt stellte Gerhard Frei, Inhaber von Coolplan und Berater von Eurovent, heraus, dass sich die Veranstalter bewusst für einen begrenzten Teilnehmerkreis aus Herstellern, Anlagenbauern und -betreibern sowie Planern entschieden haben, um so einen regen Austausch zu gewährleisten. Hierfür standen energieeffiziente Kältekomponenten und -systeme, natürliche Kältemittel sowie zertifizierte Leistungsangaben auf dem Programm: Sie sind für Handelsimmobilien und einwandfreie Lebensmittel von besonderem Interesse.
Anschließend gab Maxiline Tamko, Marketing-Managerin bei ECC, einen Überblick zu den sechs Einheiten der Eurovent-Gruppe, wovon die „Eurovent – European Industry Association“ die vermutlich bekannteste ist. ECC ist wiederum für 44 Zertifizierungsprogramme, 1.800 Tests pro Jahr und jährlich rund 2.600 Zertifizierungen verantwortlich. Für gewerbliche Anwendungen sind speziell die Programme für Wärmeübertrager („HE – Heat Exchangers“), Kühlregale („RDC/RRDC/IRDC Refrigerated Display Cabinet/Remote/Integral“), RLT-Anlagen („AHU – Air Handling Units“), Kaltwassersätze und Wärmepumpen („LCP-HP Chillers & Heat Pumps“), Klimageräte („AC – Air Conditioners“) und VRF-Systeme („VRF Variable Refrigerant Flow Systems“) relevant. Nähere Informationen dazu gibt es unter: https://www.eurovent-certification.com/en/third-party-certification/certification-programmes (Kurzlink: https://t1p.de/KKA4-23Eurovent).
Eurovent setzt auf ein „Certify-all“ Zertifizierungssystem, das ganze Herstellerbaureihen untersucht. Wichtig: Aus dem System kann man herausfallen, wenn sowohl die Erst- als auch Nachprüfung eines einzigen Geräts in dem für das Programm ausgewählten Prüflabor nicht bestanden wird. Wärmeübertrager (vorwiegend Verdampfer, Verflüssiger, Gaskühler) werden zum Beispiel im TÜV-Süd-Prüflabor in München/Olching zertifiziert. Zudem kann jederzeit eine nachträgliche Messung durch ein Eurovent-Mitglied gefordert werden.
Die thematische Einführung in das Vortragsprogramm übernahm dann Roland Handschuh vom Refplan Ingenieurbüro für Kältetechnik, Hohenschäftlarn, und Vorsitzender des Vereins Historische Kälte- und Klimatechnik. Die Eurovent-Programme zur Zertifizierung ermöglichen eine technische Nachvollziehbarkeit, da sie die tatsächlichen Leistungen der Geräte messen. Dies verhindere Minderleistungen und damit Kosten für die Betreiber, was entsprechende Studien untermauern. Zudem lägen die Betriebskosten im Lebenszyklus einer Anlage sechs bis zehn Mal höher als die (einmal zu tätigenden) Investitionskosten. Die sei den meisten Betreibern nicht bewusst.
Handschuh arbeitet selbst jahrelang bei Wärmeübertrager-Herstellern am Entwurf der HE-Programme mit, ebenso führende Mitglieder entsprechender Hersteller. Die ECC-Zertifizierungen folgen internationalen Normen zur Konformitätsbewertung, wie beispielsweise der DIN EN ISO/IEC 17065 „Konformitätsbewertung – Anforderungen an Stellen, die Produkte, Prozesse und Dienstleistungen zertifizieren“.
Praxiserfahrungen
Eine Zertifizierung allein genüge oft nicht, wenn es vor Gericht darum geht, dass eine Anlage nicht funktioniert, machte Karl-Heinz Thielmann, Sachverständiger vom Büro Thielmann und Präsident des Verbands Deutscher Kälte-Klima-Fachbetriebe e.V. (VDKF), in seinem Referat zur „Leistungsbeurteilung von Wärmeübertragern aus Sicht eines Sachverständigen“ anschaulich. Hier zähle vor allem das Messen vor Ort – wenn möglich und idealerweise mit Bezug auf die Daten der Inbetriebnahme einer Anlage. Für ihn ist der Wettbewerb ein Hauptfaktor, dass Hersteller ihre Preise oft nach unten rechnen und Einkäufer zu häufig ausschließlich auf den billigsten Preis schauen, zumal Einkauf und Betrieb bei den Kunden meist getrennte Kostenstellen sind.
Neben den zahlreichen Normen und technischen Regeln, wie der DIN EN 327 „Wärmeübertrager – Ventilatorbelüftete Verflüssiger – Prüfverfahren zur Leistungsfeststellung“ und der VDMA 24247 „Energieeffizienz von Kälteanlagen“ nannte Thielmann folgende Einflussgrößen für Verdampfer und Luftkühler:
Materialauswahl, Materialdicken
Anströmgeschwindigkeit
Fouling-Faktor (Verschmutzung von wärmeübertragenden Anlagenteilen durch Inhaltsstoffe des benutzten Kühlwassers)
k-/U-Wert (Wärmedurchgang/Wärmeübergang)
Massenstrom
Vor allem Eisbildungen an Lamellen von Wärmeübertragern gelte es zu vermeiden, da sie die Leistung einer Anlage um 20 bis 30 % vermindern können.
Wie kann eine in der Praxis funktionierende Nachhaltigkeitsstrategie über die komplette Logistik-Kette aussehen? Das zeigte Manfred Rössling, Head of Energiemanagement der Rewe Group Deutschland. Die „Green Building Konzepte Rewe Group – Herausforderung in Konzeption und Umsetzung“ starteten zunächst mit einem Online-Energiemanagement-System und dem Bezug von zertifiziertem Grünstrom. Aktuell gibt es ein 1.000 Dächer-Programm für den Einsatz von Photovoltaik (PV) mit einer Höchstleistung von 99 kWp. Rewe hat zudem für seine Filialen eine Musterbaubeschreibung, die sich dem jeweiligen Rechtsrahmen anpasst. Neben Tageslicht im Verkaufsraum bedeutet das Wärmepumpen mit Klimafunktion (Kältemittel R410A, R32, R290) und eine Wärmerückgewinnung aus der Kältetechnik, wie schon das „Green Building“ (2009) in Berlin zeigt, das Rössling ausfühlich vorstellte.
Dazu passte thematisch auch der Vortrag „Aktuelle Betrachtung von Supermarktkonzepten“ von Andreas Koch, Fachexperte der Kaufland Stiftung & Co. KG. Er berichtete davon, dass auch sein Unternehmen auf natürliche Kältemittel setze – ebenso auf PV bei Marktgrößen von 3.000 bis 4.000 m2 und Glastüren bei allen Kühlgeräten. Letztgenannte führen pro Filiale zu Einsparungen, die dem CO2-Fußabdruck von 4,5 Einfamilienhäusern entsprechen. Zudem erhöhen sie die Behaglichkeit im Markt. Bezogen auf die Kaufland-Filialen trage die Summe der Maßnahmen dazu bei, Energieeinsparungen von rund 10 % zu realisieren. Den Großteil der Energie benötigt die Kälteanlage mit etwa 50 % des Energiebedarfs; davon entfallen wiederum rund 80 % auf den Verdichter. Kaufland setzt auf das Zusammenspiel von Kälte und Klima: Entweder im Verbund oder in Kombination mit einer externen Wärmepumpe mit dem Kältemittel Propan (R290).
Aktuelle Produkte
In der Entwicklung der technischen Gebäudeausrüstung passiert sehr viel. Um aber auch im Betrieb die errechneten Planwerte einhalten zu können, muss bekannt sein, was der Nutzer möchte und wie sich dies mit möglichst niedrigem Energieverbrauch realisieren lässt. Dabei ziehen in Supermärkten die Verdichter den größten Energieanteil, worauf Michael Nagler, Sales Manager der Bock GmbH, in seinem Vortrag auf „Effiziente und leistungszertifizierte Verdichter“ einging. Bock gehört mittlerweile zu Danfoss. Das bedeutet auch, dass die Produkte über eine Asercom-Zertifizierung verfügen. Bock ist bei der auf Verdichter spezialisierten Zertifizierungsorganisation Gründungsmitglied.
Wie auch die ECC-Zertifizierung setzt Asercom auf Kontrolle und eine Plausibilitätsprüfung der im Markt erhältlichen Produkte und ihren Herstellerinformationen. Im Design von Verdichtern (thermische Trennung) und dem Einsatz von LSPM-Motoren sieht Nagler das größte Potenzial. Allein durch einen solchen Line-Start-Permanent-Magnet-Motor lässt sich der Wirkungsgrad eines Verdichters um durchschnittlich 5-6 % steigern. In Kombination mit dem digitalen Leistungsregler „flexxCO2NTROL“ gebe es weitere Optimierungsmöglichkeiten. Ganz aktuell: Am 29. Juni eröffnete der „Danfoss Smart Store ADC“ in Nordborg, Dänemark. Das Anwendungsentwicklungszentrum befindet sich am Hauptsitz des Unternehmens und dient als Live-Demonstrator zum Testen neuer Lösungen. Der Markt wurde ausschließlich mit Danfoss-Produkten, -Komponenten und (vernetzten) Anwendungen ausgestattet, die einzeln und vor allem im Zusammenspiel die Dekarbonisierung voranbringen.
Hier kommen nun auch Wärmeübertrager ins Spiel. Sie sind für viele unterschiedliche Einsatzbereiche relevant. Großes Thema dabei ist der durch die EU-Gesetzgebung (F-Gase-Verordnung, REACH-Verordnung) forcierte Umstieg auf natürliche Kältemittel. Kältemittel aus teilfluorierten Kohlenwasserstoffen (HFKW) sollen wegen ihres hohen Treibhauspotenzials (GWP) schrittweise aus dem Verkehr gezogen werden. Als Alternative bietet sich unter anderem das ungiftige und nicht brennbare Kältemittel R744 (CO2) an.
Das Eurovent-Zertifikat sorge für einen ehrlichen Wettbewerb, so Ceslovas Kizlauskas und Osama Aljolani, Fachexperten aus der Entwicklungsabteilung der Kelvion Germany GmbH. Auch sie sahen in Ihrem Vortrag “Wärmeübertrager für die Kälte- und Wärmepumpentechnik” die Verwendung von CO2 als Kältemittel als vielversprechend an: Es besitzt eine hohe spezifische Leistung, einen geringen Druckabfall und einen GWP von eins. Die CO2- und HFKW-Luftkühler (Verdampfer) sind ebenso ECC-zertifiziert wie die Rückkühler, Verflüssiger und Gaskühler von Kelvion. In Planung befindet sich durch ECC eine HE-Programmerweiterung für Sole- und Ammoniak (NH3)-Luftkühler (Verdampfer).
Kelvion bietet kundenspezifische Wärmepumpen-Außenverdampfer (10 bis 250 kW) sowie Standalone-Verdampfer oder integriert in einen Gaskühler als Flachbett- und V-Bank Versionen (50 bis 400 kW) an. Mit der „Select PHE Software“ können Kunden beispielsweise ihre avisierten Luftkühler vorkonfigurieren – die Software zeigt dann, welche konkreten Geräte sich jeweils als Lösung eignen. Bereits realisierte Beispiele sind der Edeka-Markt in Berlin-Spandau, der Großmarkt Aligro und der Supermarkt Migros (beide in der Schweiz).
Vorreiter in Sachen Verwendung des natürlichen Kältemittels Propan sei die Swegon Germany GmbH, wie André Schulz in seinem Vortrag „Effizient und intelligent geregelte Propan-Wärmepumpen im Einzelhandel“ erläuterte. Sein Unternehmen stehe in Deutschland für mehrere Marken (Zent-Frenger, SLT, Blumartin, Barcol-Air, Fujitsu) und habe die Mission, keine Emissionen bei sich und seinen Kunden zu verursachen. Service sei das dafür das zentrale Angebot. Als zukunftsfähige Kühllösung für Supermärkte stellte er die Serie “Titan Sky“ von Swegon vor. Für diese Außengeräte ist charakteristisch:
Schaltschrank ist vom Verdichterbereich isoliert.
Hubkolbenverdichter ist für R290 optimiert und folgt den „ATEX“-Richtlinien der EU.
Spezieller HVAC-Inverter (30 bis 65 Herz Frequenzbereich).
„ATEX“-Leckagewarngerät.
Kupferrohre mit verstärkter Wandstärke.
Verringerte Kältemittelfüllmenge.
Zertifizierung
Das Motto „natürlich transparent“ von LU-VE ist eine der Schnittstellen des Unternehmens zu ECC. LU-VE stellt lamellierte Wärmeübertrager unterschiedlichster Produktbaureihen her. Sie alle verfügen über eine Zertifizierung – so wie rund 67 % aller der in Europa verkauften HLK-Produkte über ein ECC-Zertifikat verfügen. 27 unabhängige Testlabors und Agenturen führen Leistungszertifizierungen im Auftrag von ECC durch.
In seinem Vortrag untermauerte Gerhard Neuhauser von der LU-VE Deutschland GmbH, seine Aussage „Nicht zertifizierte Produkte = höherer Energieverbrauch und Schaden für unsere Umwelt“ anhand von zwei Fallstudien. Die für Luftkühler zeigt, dass nicht zertifizierte Produkte einen um 17 % (Tiefkühlung) und 12 % (Normalkühlung) höheren Energiebedarf im Jahr gegenüber zertifizierten Komponenten haben. Diese Kosten entsprächen etwa dem 4,2-fachen der Investitionskosten.
Das Fazit von Gerhard Neuhauser lautet dementsprechend: Eine Zertifizierung kann Produkte mit fehlerhaften Leistungen identifizieren und verhindern. Sie ist eine Versicherung für Lieferanten, Anlagenbauer, Endkunden und Planer. Bleibt die Frage: Wie läuft eine ECC-Zertifizierung konkret ab? Das stellte Gerhard Frei vom Ingenieurbüro Coolplan ausführlich dar.
Ferner nannte Frei in seinem Beitrag „Vorteile der Zertifizierung von Kälte-Komponenten für die Systemeffizienz“ auch Maßnahmen, die im Design von Anlagen (Lastberechnung, Konzept, Komponentenmatch, Voll- und Teillast) und speziell bei der Auslegung von lamellierten luftbeaufschlagten Wärmeübertragern entscheidend sind. Hier spielt beispielsweise der Wärmedurchgang geprägt durch Rohrschaltung, Strömungsform, Druckverluste sowie innerem und äußerem Wärmeübergang vom Rohr auf die Lamelle eine große Rolle. Anhand von Beispielen mit variierten Fluid-/Luftvolumenströmen wurden die Einflüsse von Druckverlust (dp), Reynoldszahl (Re) und Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) auf die Voll- und Teillastleistung von Luftkühlern gezeigt, um die Auswirkung von falsch deklarierten Leistungsdaten und physikalischen Grenzen des Wärmedurchgangs im Teillastbetrieb besser verstehen zu können.
Die Leistungsangaben einer Anlage und ihrer Komponenten wirken sich auf allen Ebenen auf die System-Effizienz aus. Daher sind verlässliche Daten, wie sie eine Zertifizierung bietet, von zentraler Bedeutung für Energie-, Kosten- und Emissionsminderungen und damit letztlich für ein gesundes Lebensumfeld. Optimierungspotenzial sieht Frei in erster Linie bei Wärmeübertragern und dem Zusammenspiel von Komponenten. Danach folgen die Themen Regelkonzepte und Verdichtertechnologien.
Ausblick
Als Einstieg in die abschließende Diskussionsrunde stellte Gerhard Frei die Frage nach den Wünschen des Fachpublikums an Hersteller und EU-Institutionen. ECC zertifiziere aktuell Verdampfer und Verflüssiger für HFKW-Kältemittel, außerdem Verdampfer und Gaskühler für R744. Die Bezugsgröße/Referenz für HFKW-Verdampfer und -Verflüssiger ist R404A.
Für die Zukunft von Kältesystemen sahen die Teilnehmenden des Kolloquiums Potenziale bei dem Kältemittel Propan (R290) mit indirekten Systemen und Kälteträgern (Glykol, Eisbrei) oder direktverdampfenden NH3-Systemen. Deren Bedeutungen für die Praxis werden die konkreten technischen und gesetzlichen Entwicklungen zeigen. Die Hersteller prüfen selbst viele Optionen zum Thema Kälteträger. Für eine Zertifizierung ist entscheidend, dass die systemrelevanten Daten mess-, überprüf- und vergleichbar sind.
Die Zunahme indirekter Systeme führt vermehrt zum Einsatz von Plattenwärmeübertragern – sowohl als Verdampfer als auch Verflüssiger. Zertifizierte Leistungen von Plattenwärmeübertragern und Luftkühlern mit Kälteträgern gewinnen somit an Bedeutung. Entsprechende Zertifizierungsprogramme müssen dafür ins Leben gerufen werden.
Wärmerückgewinnung, Wärme- und Kältespeicher finden ebenfalls vermehrt ihren Einsatz. Letztere können Spitzen-Kühllastanforderungen auspuffern und die Dimensionierung von Kältesystemen erheblich reduzieren und zugleich einen effizienten Teillast-Betrieb gewährleisten.
Wohin entwickelt sich der Markt? Die Antwort von Rewe darauf lautet: Betreibersicherheit (Leistung, Regelverhalten, Dichtheit, Qualität) durch abgestimmte Komponenten/Konzepte. Durch den vermehrten Einsatz von indirekten R290-Einheiten mit Kälteträgern sind verlässliche Leistungsdaten von Luftkühlern und Platten-Wärmeübertragern erforderlich.
Bei lamellierten luftbeaufschlagten Wärmeübertragern spielen mehrere Rahmenbedingungen eine Rolle, zum Beispiel mögliches Fouling (Verschmutzungen), die Fertigungsqualität und der Wärmedurchgang von Lamelle auf das Rohr über den Betriebszeitraum von x Jahren. Minderleistungen oder Leistungsverluste an Wärmeübertragern lassen sich nicht so einfach im dynamischen Anlagenbetrieb identifizieren, was eine zuverlässige Leistungsangabe und Qualitätsüberwachung durch Audits umso wichtiger macht.
Um zuverlässige Bezugsgrößen für den Betrieb zu erhalten, lautete die Empfehlung der Runde, eine Anlage bei Inbetriebnahme zu messen und die ermittelten Werte zu dokumentieren. Im Betrieb selbst solle dann ein Abgleich dieser mit den aktuellen Daten erfolgen. Hierfür kann KI eingesetzt werden, um sowohl einen vorausschauenden Betrieb zu ermöglichen als auch Schwachstellen zu identifizieren. Dies sowie der Einsatz zertifizierter Produkte und Komponenten können dafür sorgen, dass die Angaben der Hersteller bei der Auslegung und dem Betrieb einer Anlage eingehalten werden.
