CO₂-Anlagen sicher planen und installieren

Aktuelle Situation im
Kältemittelmarkt

Die F-Gas-Verordnung begleitet die Branche bereits seit einigen Jahren. Man könnte meinen, es sei auch schon alles dazu gesagt, bzw. geschrieben worden. Markus Dreier (Gebietsverkaufsleiter Nord) von der Fa. Tyczka sprach in seinem Vortrag jedoch einige Aspekte an, die noch nicht alle auf dem Schirm haben. Tyczka (www.tig.de) ist ein deutschlandweit vertretener Händler von technischen Gasen, dazu zählen auch Kältemittel.

Zunächst ging Markus Dreier auf die Preissituation im Kältemittelmarkt ein. Nach dem Peak in 2017/2018 seien die Preise für Kältemittel wieder gefallen, was von vielen Branchenvertretern zunächst anders prognostiziert worden sei. Viele Anlagenbauer hätten Kältemittel gebunkert, um längerfristig noch Kältemittel mit höherem GWP vorrätig zu haben. Dadurch sei die Nachfrage gesunken. Zudem kämen in der EU vermehrt illegal importierte Kältemittel zum Einsatz, was zusätzlich den Preis gedrückt habe. Einfallsrouten für illegale Kältemittel seien vor allem osteuropäische Länder. Illegale Ware komme oft von China über Russland und die Türkei in die EU-Verkaufsstaaten. Südeuropa werde dabei besonders mit illegaler Ware überschwemmt; hier sei der legale Handel fast zum Erliegen gekommen. Zudem gebe es sogenannte Transit-Ware, führte Dreier weiter aus. Darunter verstehe man Kältemittel, das z.B. im Hamburger Hafen ankomme und für die Schweiz deklariert und demnach für die F-Gas-Verordnung nicht quotenwirksam sei. Dieses Kältemittel komme aber dann nicht unbedingt in der Schweiz an.

Auch der Online-Handel sei ein Problem. Viele Kältemittel seien über die bekannten Handelsplattformen wie eBay zu beziehen, oft sogar in verbotener Weise als Einweggebinde. Herkunft und tatsächliche Zusammensetzung der dort gehandelten Ware seien dabei unklar, mit entsprechenden Gefahren für die Anlage und das Betriebs- bzw. Montagepersonal. So seien in Kältemittelflaschen aus dem dubiosen Online-Handel schon R12 und Zumischungen von Propan entdeckt worden. Markus Dreier riet daher dringend davon ab, sich über derartige Kanäle mit Kältemittel zu versorgen. Die Alarmglocken sollten spätestens dann angehen, wenn der Preis auffallend niedrig sei. Um das Problem des illegalen Kältemittelhandels grundsätzlich in den Griff zu bekommen, forderte Dreier länderübergreifende Kontrollinstanzen, eine intensivere Kooperation mit der Marktaufsicht und Schwerpunktkontrollen an den EU-Außengrenzen. Mobile Kältemittel-Analysegeräte für den Zoll wären hierfür hilfreich.

Aber es gibt auch positive Entwicklungen im Kältemittelmarkt wie den verstärkten Einsatz natürlicher Kältemittel sowie von recycelter Ware und ein wachsendes Bewusstsein und damit verbunden eine größere Sorgfalt in Bezug auf die dichte Bauweise von Kälteanlagen, was das Nachfüllen in Bestandsanlagen reduziert hat.

Die Situation heute:

Die Preise fallen trotz reduzierter Quote.

Die Nachfrage ist aus den geschilderten Gründen gesunken und es besteht auch über die legalen, bekannten Vertriebskanäle ein ausreichendes Angebot.

Die Quote war auch am Jahresende 2019 noch nicht ausgeschöpft.

Bestände aus Hamsterkäufen wurden/werden abgebaut.

Die „altbewährten“ Kältemittel finden immer noch guten Absatz.

„Neue“ Kältemittel finden nur einen geringen Markt. Dies betrifft die neuen HFO-Gemische.

Vorteile der Abwärmenutzung

Felix Bräutigam, Leitung Vertrieb und Marketing bei DK Kälteanlagen, ging in seinem Vortrag auf das wichtige Thema der Wärmerückgewinnung ein. Abwärmenutzung passt aus seiner Sicht hervorragend in eine Welt, die derzeit so intensiv wie nie zuvor über den Klimaschutz spricht. DK bietet hierfür optimale Lösungen an – und das bereits seit über 40 Jahren.

Ein außergewöhnliches DK-Referenzbei­spiel, das die in der Abwärmenutzung schlummernden Potentiale publikumswirksam aufzeigte, war die Bananenernte im Projekt „Oase No. 8“ in Graz. Die Bananen wuchsen in einer Plastikblase auf dem Dach eines kleinen Gebäudes mitten in der Stadt. Den Grundstein hierzu lieferten zwei Tiefkühlanlagen einer Bäckerei und eines Restaurants, die sich im Hinterhof eines Diät- und Reformhauses befinden. Statt wie zuvor die Abwärme einfach entweichen zu lassen, beheizte diese Abfallenergie die Oase No. 8 während des kalten Winters in Österreich. Dazu wurde die Abwärme in einer Wärmerückgewinnung von DK Kälteanlagen (www.dk-kaelteanlagen.de) gespeichert, bevor sie über ein Luftheizgerät in die Blase eingebracht wurde.

Felix Bräutigam präsentierte in seinem Vortrag viele weitere Ideen für den sinnvollen Einsatz der Abwärmenutzung, vielleicht nicht ganz so spektakulär wie das Bananenbeispiel, aber nicht minder spannend aus technischer Sicht – z.B. bei der Milchkühlung, im Gastgewerbe, im LEH und in der Ernährungsindustrie. Ein interessantes Beispiel ist das Projekt L’Osteria. In den Filialen der Systemgastronomie-Kette besteht mit ca. 1.700 l/Tag ein hoher Bedarf an Warmwasser, der nun über einen DK-Speicher mit der Abwärme der Kälteanlage gedeckt wird. Ein Restaurant spart damit 2250 Euro im Jahr im Vergleich zur klassischen Warmwassererzeugung. Wer für ein eigenes Projekt die Wirtschaftlichkeit einer Abwärmenutzung prüfen möchte, für den hält DK auf seiner Homepage mit dem Energieeffizienzrechner ein nützliches und einfach zu bedienendes Tool bereit. Was man bei einer Wirtschaftlichkeitsberechnung nicht vergessen sollte: Eine Wärmerückgewinnungsanlage ist förderfähig – bis zu 40 %.

Die Möglichkeiten der Abwärmenutzung von CO₂-Kälteanlagen stellte Felix Bräutigam in seinem Vortrag besonders in den Vordergrund – vor dem Hintergrund der wachsenden Bedeutung von Kälteanlagen mit natürlichen Kältemitteln ein wichtiges Thema. DK hat hier schon viele Erfahrungen gesammelt. Bereits auf der Messe EuroShop 2008 wurde von dem Emsdettener Unternehmen ein entsprechendes System ausgestellt, im gleichen Jahr erfolgte die Auslieferung der ersten WRG-Systeme für CO₂-Anlagen. Die Produktpalette wurde seitdem deutlich erweitert und auch maßgeschneiderte Lösungen können hergestellt werden. Wofür die Abwärme der Kälteanlage genutzt werden soll – Erwärmung von Trinkwasser oder von Heizungswasser – DK hat für alle Anwendungen die richtigen Wärmetauscher im Sortiment. Auch eine gleichzeitige Erwärmung von Trink- und Heizungswasser ist möglich mit einem integrierten Edelstahlspiralrohr-Wärmetauscher im Speicherbehälter.

Zukunftssichere CO₂-Kälteanlagen bis 40 kW Kälteleistung

Dirk Leuteritz, Vertriebsleiter compact Kältetechnik (www.compact-kaeltetechnik.de), hatte bei seinem Vortrag in Dresden Heimspiel. Nach einer Vorstellung des eigenen Unternehmens (ein ausführliches Firmenportrait lesen Sie in KKA 3/2020) widmete er sich seinem Hauptthema: CO₂-Kälteanlagen. In diesem Segment hat compact schon seit vielen Jahren Erfahrungen sammeln können. Bereits 2012 wurde in Dresden ein großer CO₂-Versuchs- und Schulungsbereich eröffnet, der von Kunden und Mitarbeitern gleichermaßen genutzt wird und der stets auf dem neuesten Stand gehalten wird. In den Räumlichkeiten findet auch die entsprechende Forschung und Entwicklung statt – so z.B. auch für die Ejectortechnik aus dem eigenen Haus. Auch wenn man bei compact ein umfangreiches CO₂-Know-how besitzt und man diese Anlagentechnik besonders herausstellt, so beschränkt sich das eigene Produktportfolio keineswegs nur auf CO₂-Anlagen. Das sächsische Unternehmen baut Anlagen für quasi alle Kältemittel bis zu einem Leistungsbereich von 1,5 MW. Dazu zählen Verdichtersätze, Verbundanlagen, Booster, Verflüssigungssätze, Kaskadenanlagen, Kaltwassersätze und Wärmepumpen.

Viele Aufträge sind individuell nach Kundenwunsch gefertigte Anlagen, aber compact hat auch einige „Serien“ für Standardanwendungen im Programm. Zu den Standardbaureihen v.a. mit natürlichen Kältemitteln gehören:

„carboX“ – CO₂-Gaskühlersatz zur Erweiterung bestehender Systeme für Normalkühlung und kleine Leistungen als Einstieg in die CO₂-Technik.

„carbo-Line“– CO₂-Mini Booster. Dieser ist auf die Anforderungen von kleinen Lebensmittelmärkten wie Bäckereien, Fleischereien oder Obst- und Gemüsehändler zugeschnitten, platzsparend und als Plug-and-Play-Lösung inkl. Regelung und mit Zubehör je nach Bedarf erhältlich.

„carbo-Rack“ – CO₂-Booster für typische Supermarktanwendungen, optional als Parallelverbund und mit c*Ejector

„carboHeat – CO2-Wärmepumpe

„cab“ – Ammoniak-Kältemaschinen „compact ammonia basics“ mit offenen Schraubenverdichtern als Einzelverdichter oder Parallelverbund bis 1500 kW

„combiChiller“ – Propan-Kaltwassersatz

„c-greyline“–Standardbaureihe im Baukastensystem für synthetische Kältemittel im Bereich kleine bis mittlere Leistung, schnell und einfach auch vor Ort selbst konfigurierbar

Dirk Leuteritz ging neben der Vorstellung der Produkte aus dem eigenen Haus auch grundsätzlich auf die Vorteile bei der Verwendung von CO₂ als Kältemittel ein. Ein wichtiger Pluspunkt – auch wenn die Kältemittelpreise wieder etwas gesunken sind – ist die Preisunabhängigkeit des Kältemittels CO₂. Die damit verbundene Planungssicherheit ist nicht zu unterschätzen. CO₂-Anlagen sind nicht von der F-Gas-Verordnung betroffen, sie sind umweltfreundlich, besitzen eine großes CO₂-Einsparungspotential und sind zukunftssicher. Die Besonderheit der hohen Drücke bei CO₂-Anlagen ist sicher allen bekannt. Hier müsse man wissen, was man tue, betonte Leuteritz. Daher sei eine Schulung zum Thema CO₂ dringend geraten, bevor man sich an eine Anlage wage. compact bietet hier zielgruppenspezifische Fortbildungen an, die man wahrnehmen sollte.

Das Ölmanagement im Griff

Den Einfluss eines Ölmanagementsystems auf die Energieeffizienz einer Kälteanlage behandelte Daniel Danne, Fa. ESK Schultze (www.esk-schultze.de) in seinem Vortrag. Öl ist im Kältemittelkreislauf erforderlich, um den Verdichter zu schützen und zu verhindern, dass er trocken läuft. Ohne ein Ölmanagementsystem wäre und bliebe das Öl in der ganzen Anlage verteilt und es käme zu einem Verdichterausfall. Öl hat aber nicht nur seine positiven Seiten. Ein Verdichter hat bekanntermaßen einen Ölwurf. Manche denken, dass es sich dabei um Öltröpfchen handelt, die in das System „geworfen“ werden, wie der Name vermuten lässt. Das Öl kriecht allerdings entlang der Rohrwand entlang. Diese Ölschicht führt dann zu einem schlechteren Wärmeübergang an der Rohrwand, was unerwünscht ist.

Den Einfluss von Öl im Kältekreislauf fasste Daniel Danne wie folgt zusammen:

Anstieg des Kondensationsdruckes (p_c) im Verflüssiger bei geringen Mengen Öl im Kältemittel-Massenstrom

Verschlechterung des Wärmeübergangs im Verdampfer führt zu tieferen Verdampfungstemperaturen und somit zu geringeren Saugdrücken (p0)

Erhöhtes Verhältnis von pc/p0 verschlechtert den Verdichter-Liefergrad

Verlängerte Laufzeiten der Verdichter

Höheren Leistungsaufnahmen

Grundsätzlich kann man sagen, dass das Öl im System zu einem höheren Energieverbrauch führt. Durch ein Ölmanagementsystem bzw. Ölabscheider kann man das verhindern bzw. reduzieren.

Es gibt drei Varianten von Ölabscheidern:

Schwerkraftabscheider: Hier kommt es zu einer Agglomeration einzelner Öltröpfchen an Siebkörpern im Abscheider. Die Abscheidung erfolgt durch Volumenvergrößerung der Tröpfchen, bis diese durch die Schwerkraft zum Boden des Abscheiders abtropfen.

Zentrifugal- bzw. Fliehkraftabscheider: Bei diesem Abscheidertyp wird der Gasstrom im Behälter auf eine Kreisbahn gezwungen. Massereiche Partikel wie Öltropfen werden dabei radial nach Außen geschleudert, an der Außenwand abgeschieden und fließen schließlich an der Behälterinnenwand in den Ölsumpf. Da der Abscheider auf dem Prinzip der Fliehkraft beruht, kann es bei geringen Gasgeschwindigkeiten zu einer nicht ausreichenden Abscheideleistung kommen.

Koaleszenz-Ölabscheider: In ihnen strömt der Kältemittelstrom durch ein Gewebe aus oleophilem Material. Ein Glasfaser-Mikrofilterelement separiert Aerosolpartikel aus dem Gasstrom. Die feinen Öltröpfchen vereinen sich beim Durchströmen des Gewebes zu größeren Tropfen, die zum Sammelraum fließen. Dieser Abscheidertyp eignet sich ideal für CO₂-Anlagen.

Mit der Kostenrechnung in einem Supermarkt verdeutlichte Daniel Danne abschließend, dass sich die Investition in ein gutes Ölmanagementsystem lohnt. Wenn sich die Effizienz der Kälteanlage durch den Einsatz des Ölmanagementsystems um nur 2 % verbessere, habe sich das System bereits nach max. zwei Jahren amortisiert. Bei einer CO₂-Anlage sei der Effekt noch deutlich größer. Ohne Ölmanagementsystem ließen sich CO₂-Anlagen eigentlich nicht betreiben.

Regelung von Verbundanlagen

Olaf Richter, Key Account Manager bei Elreha (www.elreha.de) verdeutlichte die Möglichkeiten moderner Regeltechnik anhand der Vorstellung einiger Produkte aus dem Hause Elreha. So besitzt z.B. der Verbundregler „MSReco“ eine intelligente FU-, CRII- oder Bitzer IQ-Modul-Ansteuerung. Er hat eine hinterlegte Schalthäufigkeitsoptimierung, eine automatische Saugdruckschiebung und ermöglicht eine direkte Kommunikation mit den Kühlstellenreglern.

Passend zum Hauptthema der Cold News-Veranstaltung erläuterte Olaf Richter auch die Besonderheiten bei der Regelung von Standard-CO₂-Verbundanlagen. Hier müsse zusätzlich die Temperatur des Gaskühleraustritts gemessen werden. Ebenfalls erforderlich sei eine Hochdruck- und Sammlerregelung, um diese Anlagen sicher und effizient zu betreiben.

Der Hochdruckregler „HDR“ und der Sammeldruckregler „SDR“ von Elreha bieten sich für diesen Einsatzfall besonders an. Der „HDR“ regelt nach optimalem COP-Wert anhand der Gaskühleraustritttemperatur den Hochdruck und gewährleistet damit eine sehr effiziente Betriebsweise der Verbundanlage. Der „SDR“ regelt den Sammeldruck nach einem festen Wert und kommuniziert direkt mit dem Hochdruckregler. Auch eine Ansteuerung von redundanten Ventilen ist möglich, um eine noch höhere Ausfallsicherheit zu erreichen. Sein Tipp: Gerade bei CO₂-Anlagen sei es wichtig, dass man aufeinander abgestimmte Regelkomponenten einsetze. Dies führe zu einer höheren Anlagenverfügbarkeit mit weniger Ausfällen und einer größeren Energieeffizienz.

Fördertöpfe richtig anzapfen

Last but not least ging Marcel Riethmüller, CEO von ecogreen (www.ecogreen-energie.de), auf die Möglichkeiten und Fallstricke rund um die Beantragung von Fördermitteln ein. Sein Team habe bereits über 1.700 Projekte begleitet und dabei über 90 Mio. Euro an Fördermitteln akquiriert. Im Fördermitteldschungel den Überblick zu behalten, sei extrem schwierig, betonte Riethmüller. Es gebe zum einen die bekannten Bundesförderprogramme. Teils gebe es aber auch in einzelnen Kommunen ganz spezielle Förderungen, die den meisten unbekannt seien. Hier benötige man das notwendige Fachwissen über die Fördertöpfe an sich aber auch über die Details bei der Beantragung. Wann darf welche Förderung beantragt werden? Welche können kumuliert werden? Welche schließen sich aus? Ecogreen bringt dies als Dienstleister in geordnete Bahnen und kann stolz auf eine Erfolgsquote von 100 % verweisen, weil Antragsverfahren, erforderliche Energiekonzepte und Nachweisverfahren aus einer Hand kommen. Und dies werde auch nur in dieser Gesamtheit angeboten, um sicher zu sein, dass die Förderung auch wirklich fließe. Riethmüller rief die Anwesenden dazu auf, sich mit der Thematik zu beschäftigen, denn oftmals könnten Fördermittel als Türöffner beim Kunden dienen.

Nach diesen interessanten Fachvorträgen konnten sich die Teilnehmer bei einem ausführlichen Firmenrundgang ein eigenes Bild über die Fertigung und Qualität der Anlagentechnik bei compact Kältetechnik machen. Zum Abschluss der Veranstaltung klang der Abend mit Snacks und Getränken bei einem gemeinsamen Austausch aus.