Energiemanagement für Großmarkt

Die Hafner-Muschler Klima- und Kältetechnik GmbH & Co. (HM) hat eine nachhaltige, umweltfreundliche Kälte-Wärme-Verbundlösung für den neu gebauten C+C-Großmarkt Netzhammer entwickelt. Die Balinger Experten für Großkälte verantworteten das komplette Energiemanagement des Großmarktes, der am 25. März 2014 in Waldshut eröffnet wurde.

Um der Nachfrage der Großhandelskunden nach immer mehr Frischeprodukten, internationalen Spezialitäten und Tiefkühlkost nachzukommen, entschlossen sich Georg, Emil und Pius Netzhammer 2009, ein Grundstück im Gewerbepark Hochrhein zu erwerben. Nach über einjähriger Bauzeit präsentiert sich der neue C&C-Großmarkt Netzhammer heute großflächig und modern, ausgerichtet auf die Bedürfnisse von Gastronomie, Hotellerie und Gewerbekunden.

Die Anforderungen des Großmarktes und Rahmenbedingungen

Die Besonderheit dieses Projekts, für das der Kältespezialist HM rund vier Monate benötigte, lag in den Anforderungen des Bauherrn und Gebäudenutzers Netzhammer. Beim Bau des neuen Großmarktes blieben die Gebrüder Netzhammer ihrer Unternehmensphilosophie „Aus der Region – für die Region“ treu. So wurde der Neubauauftrag beispielsweise nicht an einen Generalunternehmer, sondern in Form von Einzelgewerken an mehrere regionale mittelständische Unternehmen vergeben.

Das Projekt sollte auch aus ökologischer Sicht dem Kriterium der Nachhaltigkeit entsprechen. Daher hat der Auftraggeber auch in eine Solaranlage auf der gesamten Dachfläche des Großmarktes investiert. Über 70 % des produzierten Stromes nutzt der Betreiber selbst für seine Gewerbefläche.

Das Energiekonzept sollte die folgenden Anforderungen erfüllen: Zum einen sollte der Großmarkt ohne fossile Rohstoffe auskommen, da eine Kälte-Wärme-Verbundanlage die Abwärme der großen Kühl- und Tiefkühlaggregate nutzt, um damit den kompletten Markt mit einer Verkaufsfläche von 3000 m² beheizen zu können. Diese Verbundlösung sollte ebenso das Wasserleitungsnetz der Geothermie im Gewerbepark (Brunnenwasser) mit einbinden. Und nicht zuletzt sollte eine Kälte-Wärme-Verbundanlage mit der maximal höchsten Prozesssicherheit und ausschließlich mit natürlichen Kältemitteln arbeiten.

Die Lösung: Kälte-Wärmeverbund

Die umfassende Kälte-Wärme-Verbundanlage von HM, die zu 100 % mit natürlichen Kältemitteln arbeitet, stellte die Lösung für die ökologischen und ökonomischen Anforderungen dar. Diese integrierte Technologie trägt dazu bei, dass der Betreiber die Betriebskosten einsparen und gleichzeitig die CO₂-Emissionen erheblich reduzieren kann.

Alle Energieströme im Gebäude fließen über die Kälte-Wärme-Verbundanlage und werden den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend an Schnittstellen dem Gebäude zur Verfügung gestellt. Über den multifunktionalen HM-Kälte-Wärmeverbund vereinen sich die Funktionen der Prozesskälteanlage und Kondensationswärmenutzung in einem energetisch optimal aufeinander abgestimmten System. Dadurch versorgt die thermische Energie die Verbraucher des Marktes – die Kühlräume, Kühlmöbel, die Pluskühl(NK)- und Tiefkühl(TK)-Truhen sowie die Anlieferung im Warenein- und -ausgang. Ausschließlich natürliche Kältemittel kommen dabei zum Einsatz.

Die Zukunft: der Einsatz natürlicher Kältemittel im NK- und TK-Bereich

Die installierte NK-Verbundanlage von HM arbeitet mit dem natürlichen Kältemittel R290 (Propan). Die NK-Verbundanlage besitzt eine Kälteleistung von 175 kW (siehe Tabelle). Dabei kühlt der NK-Verbund ein Wasser-Glykolgemisch, das wiederum die Kälteversorgung der NK-Kühlstellen sicherstellt. Durch das Prinzip der indirekten Verdampfung sowie der Auswahl modernster Anlagenkomponenten, wie die eines innovativen Verflüssigers, kann die Kältemittelfüllmenge somit auf ein Minimum reduziert werden (90 kg Füllvolumen).

Die TK-Verbundanlage arbeitet mit dem natürlichen Kältemittel R744 (Kohlendioxid) und verfügt über eine Kälteleistung von 70 kW (siehe Tabelle). Die Rückkühlung des TK-Verbundes erfolgt über den NK-Verbund nach dem Prinzip der Kaskadenschaltung. Das heißt: Der NK-Verbund gibt Prozesswärme an den TK-Verbund ab, was eine energetisch sinnvolle Lösung darstellt. Zudem sind alle notwendigen Pumpen in redundanter Ausführung ausgeführt, um die Prozesssicherheit zu gewährleisten. HM lieferte die Verbundanlagen mit allen notwendigen Wärmetauschern komplett ab Werk auf einem vorgefertigten Verbundmodul an, um die Vor-Ort-Montage zeitlich gering zu halten.

Reicht die zur Verfügung stehende Abwärme zur Deckung des Heizbedarfs des Gebäudes aus dem Kälteprozess nicht aus, gleicht eine integrierte Wärmepumpe (Propan) die fehlende Wärmeenergie aus. Als Energiequelle dient Brunnenwasser. Die Abwärme dient zur Deckung des Gebäudeheizbedarfs sowie zur Trinkwassererwärmung.

Nachhaltige Energieeffizienz der Energiezentrale

HM bindet die ausschließlich mit natürlichen Kältemitteln betriebene Energiezentrale in das Wasserleitungsnetz der Geothermie im Gewerbepark Hochrhein mit ein. Diese erfüllt folgende Aufgaben:

In den Wintermonaten wird dem Wassernetz Wärme über die Propan-Wärmepumpe entzogen, um das Gebäude des Großmarktes zu beheizen. Doch um eine maximale Wirtschaftlichkeit der Kälteanlage zu erzielen, wird dem Kälteprozess ganzjährig eine Teilwärme entzogen. Dadurch erhöht sich die Effizienz der Kälteanlage. Gleichzeitig führt diese ganzjährige Teilwärmeentnahme zu einem nahezu ausgeglichenen Energiehaushalt der Geothermie, wodurch langfristigen Beeinflussungen der Erdreichtemperaturen entgegengewirkt wird.

Ergänzend kommt eine BKT (Beton-Kern-Aktivierung) zum Einsatz, um das Gebäude zu beheizen. Diese wird in der Bodenplatte verlegt. Die Marktfläche mit ca. 3000 m² sowie die Büro- und Sozialräume mit ca. 500 m² Fläche sind mit einer BKT ausgestattet. Der Vorteil: das niedrigere Temperaturniveau gegenüber konventionellen statischen Heizkörpern.

Die Steuerung und Regelung des Kälte-Wärmeverbunds erfolgt über eine zentrale Schaltanlage mit Wurm-Frigolink und einer Siemens SPS (Speicherprogrammierbaren Steuerung). Die von HM eigens entwickelte Software richtet sich speziell nach den Bedürfnissen eines modernen Lebensmittelmarktes aus und verfügt über ein integriertes Energiemanagement. Über einen PC besitzt der Marktleiter jederzeit die Möglichkeit, alle wichtigen Daten einzusehen, Prozesse zu überwachen sowie Maßnahmen zu steuern und zu regulieren.

Der Sicherheitsfaktor – eine zusätzliche Projektanforderung

Da für das Projekt das natürliche Kältemittel Propan R290 zum Einsatz kommt, gelten erhöhte sicherheits- und brandschutztechnische Anforderungen. Diese waren bereits in der Planungsphase zu berücksichtigen. Daher wurde die Technikzentrale in zwei getrennte Räume aufgeteilt: Die eigentliche Kälte-Wärme-Verbundanlage befindet sich in einem separaten Raum, in dem die Kohlendioxid- und Propankonzentration überwacht wird. Im Havariefall führt die Notlüftung das brennbare Kältemittelgemisch (R290, Propan) ins Freie ab. Im zweiten Raum sind alle restlichen Anlagenkomponenten wie Pumpen, Puffer, Schaltschränke etc. untergebracht.

Die Vorteile des integrierten Kälte-Wärmemanagements

Der Stromverbrauch der installierten Kälteanlage lässt sich gegenüber einer konventionellen Kälteanlage um ca. 140 870 kWh pro Jahr reduzieren. Da fossile Rohstoffe nicht zum Einsatz kommen, werden im ersten Betriebsjahr ca. 30 890 € an Gaskosten im Vergleich zu einer konventionellen Raumheizung eingespart. Somit kann der Betreiber im ersten Betriebsjahr mit einer Betriebskosteneinsparung von ca. 46 200 € gegenüber einer konventionellen Anlage rechnen.

Aufgrund der geringen Kältemittelfüllmengen, des reduzierten Stromverbrauchs und des Einsatzes von natürlichen Kältemitteln kann der TEWI-Wert um ca. 34 % gegenüber einer konventionellen Kälteanlage mit Direktverdampfung (NK+TK) reduziert werden. Das Gesamtfazit: Aufgrund des energetisch optimal aufeinander abgestimmten Systems lassen sich erhebliche Betriebskosten einsparen. Darüber hinaus leistet das professionelle energieeffiziente HM-Kälte-Wärmemanagement einen erheblichen Beitrag zum Umweltschutz, da ohne fossile Rohstoffe auch keinerlei Kohlendioxid bei der Beheizung des Gebäudes ausgestoßen wird. Dies kommt nicht zuletzt auch dem Image des Betreibers zugute.