Die Chancen der Absorptionskälte
Reformierung der Kältetechnik und Energiewende
Der eingeschlagene Weg der Typisierung von Absorptionskälteanlagen (AKA) nach Kälteleistung erfordert bei vorhandener Kompressionskältetechnik Kombinationen mit AKA, wobei letztere die Grundlast übernehmen und die Kompressionskältetechnik die Differenz zum Kältebedarf ausregelt. Der Beitrag zeigt Wege auf für den Parallelbetrieb bestehender Kompressionskältetechnik mit AKA. Durch diese Redundanzen werden Risiken beseitigt und gleichzeitig der Vorteil geringen Stromverbrauchs und reduzierter Betriebskosten gewonnen. Im Mittelpunkt des Beitrages stehen Koppelsysteme von AKA und Kompressionskälteanlagen, die gleichzeitig höhere Sicherheit und stark verbesserte Energieeffizienz der Kälteerzeugung sichern.
Die Eckpfeiler der Energiewende
Über die Merkmale der Energiewende wird aktuell diskutiert, weil die Anreize zur Investition in erneuerbare Energien Kosten zur Folge haben, die bisher über die EEG-Umlage zu hohen Stromtarifen führten, mit wirtschaftlichen Folgen in ganzen Branchen, auch in der Kältetechnik. Wie definiert man heute den Begriff Energiewende?
Eckpfeiler der Energiewende sind unstrittig der Ausbau der erneuerbaren Energien Windkraft, Solarthermie und Photovoltaik. Bisher schon entschieden war der mittelfristige Ausstieg aus der Kernenergie. Da andere Länder zur Kernenergie als CO2-freier Energieerzeugung stehen und die Erinnerung an Fukushima sich allmählich relativiert, könnte sich dieser Ausstieg auf längere Fristen ausdehnen. Ein Sinneswandel deutet sich an zu Lasten der Braunkohle, die als heimischer Energieträger für Arbeitsplätze sorgt, aber wegen der CO2-Belastung nicht das Ansehen besitzt, das ein Eckpfeiler der Energiewende braucht. Das könnte sich aber ändern, wenn es gelänge, das CO2 als Rohstoff der Zukunft zu begreifen, aus dem man mit Wasser Treibstoffe und Chemiegrundstoffe wie Methanol synthetisieren könnte, nicht nur Kalk und andere Baustoffe. Tatsächlich beginnt hier die Forschung [1] und Fachleute sehen trotz der chemischen Stabilität des CO2 Chancen, aus diesem Abfall der Verbrennung einen Rohstoff zu machen.
Völlig unstrittig ist heute die Energieeffizienz in der Energieumwandlung und in der Produktion. Energieeffizienz ist ein Eckpfeiler der Energiewende. Die Energiewende erzeugt auch Probleme, die zu lösen sind: die Nutzung der zeitlich schwankenden erneuerbaren Energien. Angebotsspitzen können durch Hochfahren von Verbrauchern geglättet werden. Sehr aussichtsreich ist die Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse von Wasser mit elektrischer Energie. Wasserstoff kann in bestehende Gasnetze und in andere Gasspeicher eingespeist werden. Wasserstoff verbrennt schadstoff- und CO2-frei.
Defizite im Stromnetz können durch Zuschaltung von Kraftwerkskapazitäten, insbesondere durch dezentrale Energieerzeugung, ausgeglichen werden. Leider sind Stromspeicher häufig verlustreich. Diese werden aber auch eine Rolle spielen müssen.
Bleibt noch auf einen Hoffnungsträger zu verweisen, der zu einer tragenden Säule der Energiewende werden könnte, aber sich gegenwärtig noch etwas wacklig präsentiert: die dezentrale Energieerzeugung. Diese bietet Begleitenergien mit teilweise hoher Temperatur an, deren Nutzung an Ort und Stelle mit Kraft-Wärme-Kopplung auch im Sommer selbstverständlich sein sollte. Es fehlen aber effiziente Verfahren zur Nutzung dieser Begleitwärmen, zur Kraft-Wärme-Kopplung. Eine Ausnahme bildete die Klima-Kälte-AKA mit Wasser-LiBr. Inzwischen gibt es solche Verfahren, mit denen die dezentrale Energieerzeugung mit Kraft-Wärmekopplung perfekt und ohne saisonale Einschränkungen praktiziert werden kann [2]. Darüber soll ausführlich in diesem Beitrag berichtet werden.
Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung und die neuen Chancen der dezentralen Energieerzeugung
Bisher war die Kraft-Wärme-Kopplung außerhalb der Heizperiode nur mit der Erzeugung von Klimakälte durch Wasser-LiBr-Absorptionskälteanlagen möglich. Mit der Einführung der neuen Generation von Absorptionskälteanlagen (AKA) können beide Begleitwärmen von BHKW, die Rauchgaswärme und die Motorkühlwärme genutzt werden, wobei letztere von 90 °C auf 70 °C ausgekühlt und zusätzlich in den Absorptionskälteprozess eingekoppelt wird [3]. Das war bisher bei der Kälteerzeugung bis -30 °C völlig ausgeschlossen, weil das bewährte Arbeitsstoffpaar Ammoniak – Wasser Wärmen unter 115 °C nicht zur Desorption nutzen konnte. Durch Einführung eines Mitteldruckdesorbers wurde dieses Problem gelöst und die Effizienz der Absorptionskälte deutlich erhöht. Wir sprechen von der neuen Generation der Absorptionskälteanlagen. Damit können saisonal völlig unabhängig alle Begleitwärmen der BHKW genutzt werden. Für Brauereien, Kühlhäuser, Herstellung von Nahrungsmitteln und Supermärkte usw. gibt es damit sehr gute Aussichten für die dezentrale Energieerzeugung als Standbein der Energiewende.
Wer keine Kälte braucht, sich aber ein BHKW leisten muss, um hohen Stromtarifen zu entgehen, der hat die Begleitwärmen seines BHKW in der Heizperiode einsetzen können oder darauf vertraut, dass er mit dem angesehenen ORC-Prozess die anfallenden Begleitwärmen „verstromen“ kann. Die Effizienz des ORC-Prozesses ist aber wegen der kleinen Enthalpiegefälle in der Entspannungsmaschine sehr bescheiden und führt zu Enttäuschungen. Der thermische Wirkungsgrad ist nur dann akzeptabel hoch, wenn die besagte Enthalpiedifferenz zwischen Ein- und Austritt der Dämpfe groß ist. Das gelingt durch
Vorüberhitzung der Dämpfe vor der Entspannung und
Erweiterung der Entspannung bis zum Außendruck oder bis ins Vakuum, also Vermeidung des vorzeitigen Abbruchs der Entspannung.
Beides kann der ORC-Prozess nicht. Durch den positiven Anstiegskoeffizienten der Sattdampflinie bei organischen Stoffen im T,s-Diagramm ist ein früher Abbruch der Entspannung unvermeidlich. Im Überhitzungsgebiet liegt der Schnittpunkt von Entspannungslinie und der Kondensationsisobaren bei hoher Temperatur und Enthalpie.
Die Enthalpiedifferenz der Entspannung ist automatisch sehr gering, d.h.
der Arbeitsstoff sollte ein anorganischer mit guter Absorptionsfähigkeit durch ein Absorptionsmedium sein,
das Verfahren zur Verflüssigung der Dämpfe sollte nicht eine Kondensation, sondern eine Absorption sein,
die Lösung ist der sog. Sorptionskraftprozess (SKP), über den an anderer Stelle berichtet wird [4].
Leider gibt es sehr wenig Arbeitsstoffpaare, die in einem großen Konzentrationsintervall arbeiten können. Deshalb ist es folgerichtig, dass für Kälteerzeugung unter 0 °C und für die Verflüssigung von Entspannungsdampf des SKP das gleiche Arbeitsstoffpaar verwendet wird. NH3 und Wasser werden in gleicher Weise zur Verflüssigung der Dämpfe in Absorptionskälteanlagen und beim Sorptionskraftprozess verwendet. Auch die Freisetzung der Dämpfe unter Druck ist identisch.
Um das Verständnis für den Sorptionskraftprozess zu verbessern, kann man als Modellvorstellung formulieren: Ein Sorptionskraftprozess geht aus einer AKA mit dem Kältemittel Ammoniak hervor, wenn man sich die Verflüssigung und den Kälteteil der AKA durch eine Überhitzung des Dampfes mit anschließender Entspannung ersetzt denkt. Die jahrzehntelangen Erfahrungen im Umgang mit Ammoniak machen alle Prozessschritte berechenbar und sichern den kürzesten Weg der Praxiseinführung über eine Pilotanlage. Deren Finanzierung ist derzeit noch offen.
Mit der neuen Generation von Absorptionskälteanlagen und – nach der Klärung der Finanzierung einer Pilotanlage für den Sorptionskraftprozess – stehen hocheffiziente Verfahren für die Kraft-Wärme-Kopplung zur Verfügung. Damit wird die dezentrale Energieerzeugung zu einem unverzichtbaren Bestandteil der Energiewende. Es ist aber noch einiges zu tun, um diesem Anspruch zu genügen.
Entwicklungen der Kompressionskältetechnik (KKT) für die Zeit hoher Stromtarife
Die Kompressionskältetechnik arbeitet ausschließlich mit elektrischer Energie. Die hohen Stromtarife haben die Großbetreiber in eine schwierige Situation gebracht. Für Neuanlagen gibt es einen Zwang zur Erhöhung der Energieeffizienz. Entwicklungsreserven bestehen automatisch dadurch, dass über Jahrzehnte die – aus heutiger Sicht – falsche Marktorientierung nach dem Anschaffungspreis praktiziert wurde. Daran sind außer dem optional angebotenen Economizer und diversen Verbesserungen zur Regelung alle Initiativen zur Verbesserung der Energieeffizienz gescheitert, auch wenn der Mehrpreis für Energieeffizienz unbedeutend war. Eine Neuorientierung ist unverzichtbar, sollte aber durch gezielte Förderung gelingen. Über Möglichkeiten der Energieverbesserung von Kompressionskälteanlagen wurde an anderer Stelle bereits berichtet [5], [6].
Absorptionskältetechnik mit dem Arbeitsstoffpaar Wasser – LiBr
Die Kaltwasser- und Klimakälteversorgung ist im Bauwesen seit langem mit Absorptionskälteanlagen (AKA) üblich. Carrier hat das Arbeitsstoffpaar Wasser als Kältemittel und LiBr-Wasser-Lösungen als Absorptionsmittel 1945 in den Markt gebracht. Durch Lizenzen sind Japan, Südkorea und Indien die bekanntesten Anbieter. Auch Deutschland und die deutschen Vertragspartner der Hersteller vertreten diese Form der Klima-Kälte.
Mit Absorptionskälteanlagen – gleich mit welchem Arbeitsstoffpaar – sind die größten Fortschritte bei den Betriebskosten erreichbar. Deshalb wird man bei mittleren und großen Kälteleistungen in Zukunft diese Technik verstärkt anwenden. Die Antriebswärme liefern BHKW, die man benötigt, um den Strom selbst zu erzeugen und produziert gleichzeitig Wärmen, die ohne den Umweg über die elektrische Energie Kälte erzeugen. Der Betreiber spart nicht bei der Anschaffung, aber umso mehr bei den Betriebskosten. Diese sind in den letzten Jahren mit dem Stromtarif zum Kostenschwerpunkt geworden. Die Klima-Kälte wird auf Absorptionskälte mit Wasser-LiBr als Arbeitsstoffpaar umsteuern. Die Vorgänge in der AKA laufen im Vakuum ab. Deshalb befinden sich die Prozesstemperaturen deutlich unter 100 °C und können mit Wärmen aus der Motorkühlung von BHKW bei und unter 90 °C abgedeckt werden, wenn die AKA mit einer Desorptionsstufe arbeitet. Diese einstufige Desorption hat große Vorteile:
es wird nur Wärme aus der Motorkühlung benötigt ( ≤ 90 °C),
die vorhandenen Lieferprogramme der Hersteller und Anbieter sind von sehr kleinen Kälteleistungen ab 15 kW bis zu großen Leistungen im MW-Bereich verfügbar,
die Wärmeverhältnisse liegen bei ≥ 0,7, sofern die Temperatur des Wärmeträgers nicht zu weit unter 80 °C abfällt [7],
die Anlagen sind sehr kompakt.
Wärmeverhältnisse wesentlich höher als 1 lassen sich durch zweistufige Desorption nach Bild 1 und 2 erreichen. Die im Absorber zwischen den Prozesspunkten 1 --> 2 an Wasser angereicherte Lösung geht über die ND-Lösungspumpe P1 in den 1. Temperaturwechsler TW1.Von 2 nach 3 wird die reiche Lösung vorgewärmt und gelangt so in den ND-Desorber D1, der mit dem Kopfprodukt des HD-Desorbers D2 beheizt wird. Die Desorption im ND-Desorber D1 erfolgt zwischen den Konzentrationen der Prozesspunkte von 3 auf 4. Der Wasserdampf des ND-Desorbers D1 wird im Verflüssiger C kondensiert und in den Verdampfer V entspannt. Die an Wasser verarmte Lösung wird unten aus dem ND-Desorber D1 über die HD-Pumpe P2 abgesaugt, im 2. Temperaturwechsler TW2 von Punkt 4 auf 5 weiter vorgewärmt und in den fremdbeheizten Desorber D2 oben aufgegeben, wobei die Lösung weiter von Punkt 5 auf die Konzentration in Punkt 6 an Wasser verarmt wird. Der desorbierte Dampf wird oben abgenommen und heizt mantelseitig den ND-Desorber D1. Die arme Lösung des HD-Desorbers D2 wird in den Temperaturwechslern TW2 und TW1 regenerativ von Punkt 6 auf Punkt 1 abgekühlt und dem Absorber als arme Lösung zugeführt.
Das Temperaturniveau und das Druckniveau sind im fremdbeheizten Desorber D2 höher, die Konzentration des Kältemittels niedriger als im Desorber D1. Der Fremdwärmeträger erfordert Temperaturen um 130 °C und muss also mit der Rauchgaswärme eines BHKW gedeckt werden. Die Motorkühlwärme eines BHKW ist nicht nutzbar, weil der Dampf des HD-Desorbers D2 regenerativ zum Heizen des ND-Desorbers D1 eingesetzt wird. Das ändert sich, wenn man zusätzlich eine AKA mit einer Desorptionsstufe wie beschrieben verwendet. Dann sind alle BHKW-Wärmen nutzbar.
Klimakälte ist bei hohen Strompreisen mit Kompressionskälteanlagen ein teurer Luxus. Mit AKA und BHKW-Begleitwärmen sind die Betriebskosten tragbar und bei Dauerbetrieb ohne Konkurrenz. Klimakälte besitzt – mit Ausnahme der Tropen – einen zeitlich begrenzten Bedarf. In den Tropen werden aber die elektrischen Netze in Spitzenzeiten stark strapaziert. Die Entlastung durch dezentrale Energieerzeugung produziert Wärmen, die auch hier die Klimakälte mit AKA und Wasser-LiBr nahelegen. Das gilt für alle Länder, die in den Sommermonaten überlastete Netze aufweisen.
Eine Verknüpfung von Kompressionskälte und Absorptionskälte ist bei vorhandener Kompressionskältetechnik durch Parallelschaltung der Verdampfer von KKA und AKA auf der Kaltwasserseite möglich. Die KKA-Klimakälte wird entsprechend zurückgefahren. Die Verteilung des Kaltwassers erfolgt mit vorhandenen Systemen.
Absorptionskälte mit dem Arbeitsstoffpaar Ammoniak – Wasser
Ammoniak kann auch unter -30 °C eingesetzt werden, kommt aber ab -33 °C ins Vakuum, wobei auch das spezifische Dampfvolumen stark zunimmt. Für in Serie gebaute AKA ist es sinnvoll, die Verdampfungstemperatur des Ammoniaks auf -30 °C zu begrenzen. Unter -30 °C sollten die vorhandenen Kompressionskältekapazitäten erhalten oder auf CO2 umgestiegen werden. Der Verdampfer der AKA wird dann z.B. bei -30 °C gefahren. Die Verflüssigung der Dämpfe aus dem vorhandenen Verdampfer der KKA erfolgt dann auf der Seite der Wärmezufuhr des Verdampfers der AKA bei z.B. -24 bis -26 °C, ebenso die Verflüssigung der enthitzten Dämpfe des Tieftemperaturteils nach dem Verdichter der TT-Stufe. Der Verdampfer der AKA wird auf der Kaltträgerseite zum Verflüssiger. Die Verflüssigung saugt die Dämpfe an.
Im Bereich tiefer Temperaturen ist CO2 energetisch gleichwertig und bezüglich der geringen Dampfvolumina sogar im Vorteil. Der überkritische Bereich wird vermieden. Direktverdampfen des CO2 ergibt Sinn. Die Begrenzung des Baus von AKA mit NH3-Wasser auf eine Verdampfungstemperatur von -30 °C ist also aus verschiedener Sicht begründet.
Der Serienbau von AKA ist anfangs nur mit grober Staffelung der Kälteleistung der AKA möglich. Später kann man Zwischengrößen der Kälteleistung aufnehmen. Daraus ergibt sich, dass der Kunde seine Kompressionskälteanlagen nicht mit einem Schlag aufgeben sollte, um seinen Kältebedarf zu decken, weil die durch AKA erzeugbare Kälte durch die BHKW-Wärmen und die verfügbaren Baugrößen der AKA limitiert ist. Wenn es darum geht, die Betriebskosten zu senken, sind auch Zwischenschritte und Kompromisse zu suchen, bis die Absorptionskältetechnik mit Verdampfungstemperaturen bis -30 °C eine Angebotsbreite erreicht, wie es heute bei den Wasser-LiBr-Anlagen bereits üblich ist. Das bedeutet, dass in einer Übergangszeit kombinierte Kälteanlagen von KKA und AKA notwendig sind, wobei die vorhandene Kompressionskältetechnik vorzugsweise im Normalkältebereich durch AKA ersetzt oder ergänzt wird.
Im Interesse des Kunden müssen für die Nachrüstung bestehender Kompressionskälteanlagen durch Absorptionskälteanlagen folgende Kriterien eingehalten werden:
geringe Investitionskosten,
kürzeste Stillstandszeit beim Einbinden der Absorptionskälteanlage und
Weiternutzung bestehender Anlagen bei Mehrbedarf an Kälte und als Störreserve.
Das bedeutet, dass der Verdampfer der bestehenden Kompressionskälteanlage unbedingt erhalten bleibt und weitergenutzt wird. Durch Direktverdampfung und örtliche Anpassung gehört der Verdampfer zu den teuersten Ausrüstungen einer Kälteanlage. Die Übernahme des bestehenden Verdampfers ist eine Voraussetzung für minimale Stillstandszeiten beim Umrüsten mit geringen Kosten.
Es empfiehlt sich auch, das Sicherheitskältemittel der bestehenden Kompressionskälteanlage als Kälteträger zur AKA zu übernehmen. Auf diese Weise kann jeder Parallelbetrieb von Kompressions- und Absorptionskälte mit dem bestehenden Verdampfer ausgeregelt werden. Der Kältemitteldampf wird alternativ oder gleichzeitig von einem mechanischen Verdichter der Kompressionskälteanlage oder durch den Verdampfer der Absorptionskälteanlage infolge der Kondensation der Dämpfe abgesaugt. Der Kältemitteldampf aus dem bestehenden Verdampfer wird für die Absorptionskälteanlage zum Latentkälteträger. Für den Kunden gibt es auf diese Weise eine Gesamtlösung mit tragbaren Investitionskosten und geringen Betriebskosten bei hoher Redundanz der Kälteversorgung.
Der durch begrenzte Leistungsgrößen der Absorptionskälteanlage zum Teil erforderliche Parallelbetrieb zwischen Absorptionskälteanlage und bestehender Kompressionskältetechnik wird nicht durch Ölanteile im Kältemittel beeinflusst. Ölanteile werden mit dem kondensierten Kältemittel aus dem Verdampfer der Absorptionskälteanlage zurückgeführt.
Insgesamt erhält man eine sehr sichere Kälteversorgung mit reduzierten Betriebskosten. Voraussetzung ist Wärme eines BHKW. Die Kosten der dezentralen Energieerzeugung werden durch die Stromerzeugung getragen. Es hat sich im Gespräch mit Kunden als nützlich erwiesen, diese Zusammenhänge darzustellen.
Vorzugsweise sollten die vorhandenen Kapazitäten der Kompressionskälte den Verdampferdruck regeln. Dann würde sich der durch Wärmeangebote des BHKW gegebene Leistungsanteil der AKA voll ausschöpfen lassen. Ist die vorhandene Verdampferdruckregelung nicht dafür geeignet, kann umgekehrt auch eine Verdampferdruckregelung über die Leistung der AKA erfolgen. Der mögliche AKA-Anteil der Kälteleistung ist dann geringer. Die vorhandene Tieftemperatur – Kältetechnik der KKA bleibt in jedem Fall erhalten. Bei freier Kapazität der AKA kann die Verflüssigung der Tieftemperaturstufe bei Normalkälte von der AKA übernommen werden.
Im einfachen Beispiel (Bild 3) ist die Kopplung zwischen AKA und vorhandener Kompressionskälte darstellt. Die Koppelstelle zwischen beiden Systemen ist der Verdampfer der vorhandenen KKA, der unangetastet weiter in Betrieb bleibt. Wenn man verlangt, dass der Kompressionskälteteil und der Absorptionskälteteil gleichzeitig in Betrieb sein können, dann ist es nicht möglich, den Kompressionsteil überhitzungsgeführt zu fahren. Man muss z.B. einen Hochdruck-Schwimmerregler HS einsetzen. Der AKA-Teil wird beim Verdampferdruck mit Hilfe einer Kältemittel-Umlaufpumpe und mit einem Niederdruck-Schwimmerregler ND betrieben. In beiden Fällen wird der Verdampfer überflutet gefahren. Ein Sauggas-Wärmeübertrager (innerer Wärmeübertrager i.W.) sichert den Verdichter ab.
Will man alternativ nur den Kompressionsteil oder den Absorptionsteil betreiben, dann könnte der Sauggas-WÜ entfallen, der Kompressionsteil kann mit einem überhitzungsgeführten Entspannungsventil und trockenem Verdampfer betrieben werden. Natürlich kann man zur Sicherheit des Verdichters beim Sauggas-WÜ bleiben.
Wird nur die AKA betrieben, dann ist der Kompressionsteil abgesperrt. Der Verdampfer wird überflutet mit Niederdruck-Schwimmerregler NS und Umlaufpumpe P gefahren. Das Kältemittel des Kompressionsteils wird zum Latentkälteträger im Verdampfer der AKA. Der Druck im Verdampfer der AKA wird im Beispiel Bild 3 über den Lösungsumlauf der AKA eingeregelt. Zusätzliche Ausrüstungen sind der Niederdruck-Schwimmerregler, die KM-Umlaufpumpe (ersetzbar bei entsprechender Höhendifferenz) und ggf. der Kältemittelsammler KS für den Kältemittelinhalt des neuen AKA-Teils. Durch die Überflutung des Verdampfers bestehen in diesem Leistungsreserven gegenüber dem Betrieb bei Kompressionskälte.
Der Verflüssigerteil über Verdichter K und Verflüssiger C mit Entspannungsventil dTC ist absperrbar, um sicher zugehen, dass beim erneuten Zuschalten des Verdichters keine Flüssigphase im Verdichter vorhanden ist. Wenn beide Systeme in Betrieb sein sollen, muss ein Sauggas-WÜ mit geringem Druckverlust auf der Dampfseite dem Verdichter vorgeschaltet werden.
Die Schwimmerstandregler und der Sauggas-WÜ entfallen, wenn die Direktverdampfung der vorhandenen KKA über einen Kaltabscheider mit mehreren Verdampfern V1, V2 erfolgt (Bild 4). Nur die gesonderte Tieftemperaturstufe über V3 und der Kaltabscheider selbst benötigen noch einen Niederdruckschwimmer. Die Kaltdämpfe der Tieftemperaturstufe werden nach dem Verdichter K2 durch Abtauchen im Kaltabscheider enthitzt. Für den Parallelbetrieb von AKA und bestehender KKA ist der Kaltabscheider eine Ideallösung. Die Druckregelung wird dem System zugeordnet, das den größeren Leistungsanteil einbringt.
In Bild 5 wird der KM-Dampf vom Verdampfer für Normalkälte V1 und vom Enthitzer E1 der Tieftemperaturkälte nach K2 durch den Kältemittelumlauf über die Pumpe P1 von der AKA versorgt. V1 und V2 werden durch Schwimmerstandregler überflutet gefahren. V2 könnte statt mit einem Schwimmer-Standregler auch mit einem thermostatischen Expansionsventil ausgeführt sein. K1, C1 sollten im Parallelbetrieb KKA / AKA mit einem Sauggas-WÜ arbeiten. Der Parallelbetrieb empfiehlt sich, wenn die AKA den Normalkälteteil nicht allein versorgen kann (siehe Bild 3).
Nach Bild 6 ist ein Beispiel einer Kombination mit einem Kaltabscheider im Tieftemperaturteil angegeben. Die Dämpfe des TT-Systems werden in E1 direkt enthitzt und über die AKA mit dem Dampf des Normalkälteteils zurück verflüssigt.
Die Beispiele für Kombinationen werden den verschiedensten Ansprüchen gerecht. Es ist auffällig, dass der überflutete Verdampfer mit Schwimmerstandregler eine Renaissance erlebt. Vereinfachungen ergeben sich bei mehreren Verdampfern mit gleicher Verdampfungstemperatur und gleicher Aufstellungshöhe dadurch, dass die Verdampfer verbunden werden und dann nur noch einen Schwimmer-Standregler pro Verdampfungstemperatur benötigen. Die Auswahl der Kombination ergibt sich in der Regel durch die Gestaltung der vorhandenen Kompressionskältetechnik.
Energieverbund BHKW – AKA – Kühlturm
Um die Investitionskosten der Ver- und Entsorgung für die AKA zu minimieren, werden Verbundanlagen gebaut, die das BHKW, die Wärmeversorgung der AKA, die AKA selbst mit Kälteträgerpumpe und die Abwärmeentsorgung durch einen Kleinkühlturm auf engstem Raum aber mit guter Zugänglichkeit zu den Komponenten enthalten. Diese Verbundanlagen werden in Nähe der Kältetechnik, aber in einem separaten Raum, außerhalb des Kontakts mit dem Kühlgut angeordnet. Durch hohen Vorfertigungsgrad der Module ist der Montageaufwand auf der Baustelle gering, ebenso der Gesamtinvestitionsbedarf. Serienfertigung und Qualitätskontrolle sichern eine kurzfristige Inbetriebnahme. Die Einkopplung der Kälte in die bestehenden Kälteanlagen übernimmt nach Anleitung des AKA-Planers der örtliche Kältefachbetrieb oder ein speziell geschultes Kälteinstallationsunternehmen. Mit dieser Arbeitsteilung wird dem Interesse aller Beteiligten entsprochen.
Die weitaus meisten Kunden kommen aus der Nahrungs- und Genussmittelindustrie. Deshalb ist es gut, den Energieverbund BHKW – AKA – Rückkühlwerk separat zu den Gebäuden mit Nahrungsmittelverarbeitung anzuordnen, aber möglichst in enger Nachbarschaft zu diesen. Die Verbindungsleitungen betreffen nur das Sicherheitskältemittel bzw. den Kälteträger zwischen den örtlichen Verdampfern und der AKA.
Zusammenfassung
Als Begleiterscheinung der Energiewende sind hohe Stromtarife festzustellen. Durch die bisher fast ausschließliche elektrische Energiebasis der Kompressionskälte sind die Betriebskosten der Kälteerzeugung stark angestiegen und belasten das wirtschaftliche Ergebnis der Betreiber. Abhilfe verspricht der Übergang zu energieeffizienten Alternativen beim Verkauf von Kälteanlagen oder die Nachrüstung bestehender Anlagen. Für die Klimatechnik sind AKA mit dem Arbeitsstoffpaar Wasser-LiBr klar im Vorteil und marktkonform. Für Verdampfungstemperaturen unter 0 °C bis -30 °C werden zunehmend AKA mit dem Arbeitsstoffpaar NH3-Wasser angeboten und in Serie gebaut. Neu sind Kombinationen von AKA mit BHKW als sogenannte Verbundanlagen bestehend aus BHKW-AKA-Rückkühlanlage , die mit bestehenden Kompressionskälteanlagen kombiniert werden und bei diesen weitgehend den Normalkälteteil substituieren. Dadurch werden die Betriebskosten stufenweise reduziert und Kompressionskälteanlagen in stand by für erhöhte Versorgungssicherheit gehalten.
Die Absorptionskältetechnik und die Energieeffizienz der Kälteanlagen tragen zur Reduzierung der Betriebskosten beim Betreiber entscheidend bei.
