Energie sparen mit CO2
Einsatz der „Tri-Generation-Technologie“
Die Brunel Universität London ist eine der führenden Universitäten in Großbritannien. Zusammen mit 14 führenden industriellen Partnern im Bereich der Gewerbekälte hat sie ein innovatives, integriertes Energie-Einsparungssystem für die Supermarktbranche präsentiert, das zur Reduzierung der Betriebskosten und Umweltbelastungen im Supermarktbereich führt.
Das neuartige System hat das Potential, die Energiekosten um 30 % zu senken und gleichzeitig die Emissionen zur Umweltbelastung um mehr als 40 % gegenüber herkömmlichen Systemen zu reduzieren.
Das System kombiniert den Einsatz des Kältemittels CO2 sowie die sogenannte “Trigeneration-Technologie”. Dabei handelt es sich um eine Kombination aus Kühlung/Tiefkühlung sowie Kraft-Wärme-Kopplung durch eine Maximierung des Nutzungsgrades fossiler Brennstoffe. Das System wurde speziell für den Einsatz in mittleren und großen Supermärkten entwickelt und kann an die Anforderungen unterschiedlicher lokaler Energieerzeuger und unterschiedlicher Sorptionstechnologien (Kühlsysteme) angepasst werden.
Natürliche Kältemittel in der Gewerbekälte
Bekanntermaßen besteht gerade in Europa zurzeit ein erhebliches Interesse an der Anwendung natürlicher Kältemittel in der Gewerbekälte – insbesondere am Kältemittel CO2 (R744), bedingt u.a. durch das niedrige Treibhauspotential von CO2. Gradmesser für die Größe des Treibhauspotentials ist der GWP (Global Warming Potential). GWP ist ein relatives Maß für das Potential einer Substanz zum Treibhauseffekt beizutragen, wenn die Substanz in die Troposphäre gelangt. Referenzgröße ist hier Kohlendioxid (CO2), was einen GWP-Wert von 1 besitzt, im Vergleich zu R404A mit einem GWP-Wert von 3750. Das bedeutet, dass ein Kilogramm R404A, welches in die Atmosphäre entweicht, einem CO2-Ausstoß von rund 3750 Kilogramm CO2 entspricht.
Die Technologie
Das an der Brunel-Universität entwickelte System nutzt die frei gewordene Energie durch die Kombination eines Wärme- und Kraft-Systems (Kraft-Wärme-Kopplung) um eine (Ab)Sorbtion durchzuführen, (thermisch betriebenes Kühlsystem), welches als Kaskade aufgebaut ist und das Kühlmittel CO2 in einem sub-kritischen Kältekreislauf kondensiert. Dieser sub-kritische CO2-Kältekreislauf sichert unter konstanter Kondensationstemperatur hohe Energieeffizienz über das gesamte Jahr.
Das CHP-Modul
Die Basis dieses Moduls kann ein integrierter Verbrennungsmotor sein, welcher durch unterschiedliche Treibstoffe wie natürliches Gas, Biogas, Diesel oder Biodiesel oder mit einer Mikro-Gasturbine betrieben werden kann. Jeder primäre Antrieb bietet eine Anzahl verschiedener Vorteile, eine Auswahl kann nach spezifischen Anforderungen ausgerichtet werden.
Sorptionskühlsystem
Noch einmal zum besseren Verständnis – das thermal betriebene Kühlsystem kann jeden Sorptionskreislauf (Absorption durch: Ammoniak-Wasser, Lithium Bromid-Wasser oder Absorption mittels Silikat-Gel/Wasser) erreicht werden, dies ist abhängig von der zur Verfügung stehenden Temperatur der CHP-Einheit und der gewünschten Kondensationstemperatur für den CO2 Kältekreislauf.
Das CO2-Kühlsystem
Das Kühlsystem nutzt CO2 als sekundäres (volatiles) Kühlmittel für die mittlere Temperatur (MT) der Kühlmöbel sowie der direkten Expansion (DX) für den tiefen Temperaturbereich (LT) der Kühlmöbel. Die Systemeffizienz wird maximiert, indem die Kraftaufwendung des Kompressors für eine Kompression in der MT-Kühlung (mittlere Temperatur) durch einen wesentlich niedrigeren Energieaufwand einer Pumpfunktion ersetzt wird und das flüssige Kühlmittel zu den gekühlten Kühlmöbeln gepumpt wird. Im Rahmen des Forschungsprojekts setzte Brunel dabei die subkritischen sowie transkritischen Verdichtermodelle „HG12 CO2“ sowie „RXK26 CO2 T“ des Verdichterherstellers Bock (www.bock.de) ein. Das System kann auch für CO2-Kühlsysteme mit Kaskadenaufbau für neue Kühlsysteme wie auch für Nachrüstungen verwendet werden.
Ergebnisse
Untersuchungen in Prüf- und Testeinrichtungen haben gezeigt, dass das LT-System bei einer Verdampfungstemperatur von
-32 °C und einer Kondensationstemperatur von -7 °C einen konstanten COP-Wert von 4,0 liefert. Durch die sehr niedrige Leistungsaufnahme der Pumpe ist der COP-Wert des MT-Systems sehr hoch und übertrifft den Wert 50. System-Simulationen und Energie-Analysen eines integrierten CO2-Tri-Generation-Systems zeigten bei einer Verkaufsfläche von 5000 m² in einem Supermarkt gegenüber einem konventionellen Kühlsystem mit dem Kältemittel R404A eine Energieersparnis von 30 % und eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 43 %.
