Im Supermarkt tickt die Kältemittel-Uhr

K+K Klaas + Kock B.V. & Co. KG ist ein familiengeführtes Unternehmen in der Lebensmittelbranche. Über 215 Verbrauchermärkte schaffen die Basis für die Handelsaktivitäten des Unternehmens. Der regionale Schwerpunkt von K+K liegt im Nordwesten Deutschlands. Die Märkte befinden sich in einem Umkreis von 150 km rund um die Hauptverwaltung mit angeschlossenem Zentrallager im westfälischen Gronau. Das Sortiment umfasst ca. 35.000 Artikel. Der Fuhrpark mit über 120 Fahrzeugen ist täglich unterwegs, um alle Verkaufsstellen zu versorgen. K+K verfügt zudem über eine zwölf Mann starke eigene technische Serviceabteilung für den Bereich Kälte-, Klima-, Heizungs-, Sanitär- und Lüftungstechnik.

Mit der F-Gase-Verordnung und den damit verbundenen Auswirkungen für die eigene Supermarktkette beschäftigt sich das Team schon seit vielen Monaten. Aktuell sind rund 150 Supermärkte von K+K mit Kälteanlagen mit dem Kältemittel R404A ausgestattet. Unterstützt von Harald Conrad, Technischer Berater Kältemittel bei der Westfalen AG, hat K+K die Kältetechnik von einem der ersten Supermärkte in Deutschland von R404A auf das neue Daikin-Kältemittel R407H umgestellt.

Die klassische Verbundkälteanlage im Supermarkt

Der K+K-Supermarkt in Epe im Kreis Borken bei Gronau ist ein Lebensmittelmarkt mit 800 m² Verkaufsfläche inklusive Shopbereich für Backwaren. Die zentrale Kälteversorgung leistet eine klassische Verbundanlage für Normal- und Tiefkühlung (NK/TK) aus dem Hause Teko, Altenstadt. Die Anlage aus dem Jahr 1997 wurde ursprünglich auf das Kältemittel R404A ausgelegt.

Der NK-Kreis versorgt fünf Kühlräume (+2 °C bis +4 °C) (Fleisch / Fleischverarbeitung / Molkereiprodukte / Wurst / Überdruck) sowie ein 14 m langes Kühlregal für Molkereiprodukte (+4 °C). Der TK-Kreis versorgt einen Tiefkühlraum (-20 °C), zwei Tiefkühl-Inseln (-20 °C) sowie vier Normalkühltheken (+2 °C bis +4 °C) für Fleisch, Wurst und Käse. Beide Kältekreisläufe sind an einen gemeinsamen luftgekühlten, segmentierten Kondensator von Güntner im Außenbereich angeschlossen. Des Weiteren können TK- und NK-Kreis bedarfsabhängig über Drei-Wege-Ventile als Wärmerückgewinnung auf Brauchwasser- oder Lüftungserhitzer für den Markt geschaltet werden. Nach der Umstellung auf R407H beträgt die Kältemittelfüllmenge 65 kg R407H (TK-Kreislauf) sowie 56 kg R407H (NK-Kreislauf).

Schnelle Umrüstung im laufenden Betrieb

Von Anfang war es für das K+K-Serviceteam keine Option, den Markt für die Umrüstung der Kälteanlagen stillzulegen. „Wir haben die Kältemittelumstellung inklusive Feineinstellung der beiden Kreisläufe zu Dritt an 2,5 Tagen im laufenden Geschäftsbetrieb des Supermarkts umgesetzt. Da wir unsere Anlagen sehr gut kennen und die Arbeitsplanung problemlos anpassen konnten, ist die Umstellung ohne Pro­bleme geglückt“, berichtet David Weßeling vom K+K-Kälte-Serviceteam.

Was ist beim Einsatz von R407H in R404A-Anlagen zu beachten?

Ein Wechsel zu R407H ist sowohl im Retrofit-Verfahren (Austausch und Anpassung von Komponenten beim Kältemitteltausch) als auch im Drop-In-Verfahren (reiner Austausch des Kältemittels) geeignet. Bei der Kältemittelumstellung am Teko-Verbund in Epe kam beides zum Tragen. Im Zuge der Kältemittelumstellung hat K+K-Service das 14 m lange Kühlregal im NK-Kreis auf moderne elektronische Expansionsventile vom Typ „Danfoss AKV“ in Kombination mit Wurm-Feldsteuermodulen Typ „Frigolink“ umgebaut. Ein Vorteil dieser Ventile ist die genau einstellbare Überhitzung. Des Weiteren wurden beim TK-Kreis zum Teil die Düsengrößen der thermostatischen Expansionsventile weiterer Verdampfer an R407H angepasst. Generell ist beim Einsatz von R407H in R404A-Anlagen die erhöhte Heißgastemperatur zu beachten. In manchen Fällen müssen bei Anlagen Maßnahmen wie zum Beispiel Kältemittel-Nacheinspritzung ergriffen werden, um zu hohe Verdichtungsendtemperaturen zu vermeiden. Bei den vorhandenen Frascold-Verdichtern im Teko-Verbund in Epe war dies nicht nötig, da die halbhermetischen Verdichter schon ab Werk mit Kopflüftern bestückt sind.

Vor und nach der Umstellung – Betriebsdaten-Monitoring und Energieeffizienz-Vergleich

Die Teko-Verbundkälteanlage wird von der Wurm-Verbundregelung „Frigolink HVB001B“ gesteuert. Über Fernmonitoring kann das K+K-Serviceteam jederzeit auf die beiden Systeme zugreifen und Betriebsdaten auslesen, Störungen abrufen sowie Konfigurationen vornehmen.

Für den energetischen Vergleich wurden die verfügbaren Energieverbrauchsdaten im Betrieb mit R404A sowie nach der Umstellung mit dem Kältemittel R407H gegenübergestellt. Um etwaige Schwankungen durch die Warenentnahme und Warenbeschickung auszuschließen, wurden nur Sonntage verglichen. Anschließend wurden die Sonntagsverbräuche über die durchschnittlichen Tagestemperaturen aufgetragen.

Extrahiert man die Sonntagsverbräuche von Tagen gleicher Außentemperatur (siehe Tabelle 1) ergibt sich ein energetischer Vorteil im TK-Betrieb mit R407H von ca. 9 % gegenüber dem Betrieb mit dem Kältemittel R404A.

Bei höheren Verdampfungstemperaturen im NK-Bereich gleichen sich die Energieverbräuche im R404A- und R407H-Betrieb an (siehe Tabelle 2). Hier ist ein Effizienzvorteil von durchschnittlich 2 % zu beobachten.

Schluss mit R404A – erfolgreich mit R407H

Die EU F-Gase-Verordnung 517/2014/Anhang 3 beinhaltet konkrete Verbote zur Verwendung von Hoch-GWP-Kältemitteln in der Anwendung in ortsfesten Kälteanlagen. Ab 1.1.2020 gilt in ortsfesten Kälteanlagen ein Verbot für Kältemittel-Frischware mit GWP ≥ 2500 und einer (H)FKW-Füllmenge ≥ 40 t CO2-Äquivalent. Beim Kältemittel R404A (GWP 3922) sind damit Anlagen ab einer Kältemittelfüllmenge von 10,2 kg betroffen. Zusätzlich tritt das Verwendungsverbot für Kältemittel-Frischware dieser Art im Service von Bestandsanlagen in Kraft. Einige Kältemittelhersteller haben bereits angekündigt, dass sie deshalb den Verkauf von R404A eingestellt haben.

In Anwendungen wie Supermärkten mit zentraler Verbundkälteanlage ist R404A jedenfalls von dem Verbot betroffen. Für Betreiber dieser Kälteanlagen sowie für das Fachhandwerk bietet Daikin mit R407H eine sehr gute Alternative zu R404A. Das Kältemittel weist ein 62 % niedrigeres GWP (=1495) im Vergleich zu R404A auf und kann aufgrund seiner vergleichbaren thermo-physikalischen Eigenschaften problemlos zur Umrüstung bestehender Anlagen eingesetzt werden: geeignete Drucklage, Verträglichkeit mit Materialien und Öl, sowie hohe Energieeffizienz. Sehr wichtig ist vor allem die Sicherheitsklasse A1 sowie die Verfügbarkeit von Ersatzkomponenten wie beispielsweise Ventile und Kompressoren. Die Auswertung der Anlage von K+K zeigt, dass bei gleichbleibender Kälteleistung im Schnitt im TK-Bereich eine erhöhte Energieeffizienz von 9 % und im NK-Bereich von 2 % erreicht werden konnte.