Kältekaskade zur GWP-Reduktion
TB-Holzinger (www.tb-holzinger.at) hat als Planer Kältetechnik mit Standort in Wien den Auftrag zur Planung von Kälteanlagen und einer Wärmerückgewinnung durch den Auftraggeber Gasthaus Pambalk-Blumauer, 3314 Strengberg 34 erhalten. Ziel ist es, am Markt befindliche Kältemittel mit geringem Treibhauspotential (GWP – Global Warming Potential) und geringen Investitionskosten in das Feld zu führen. Dabei galt es, die nachfolgenden Punkte zu berücksichtigen:
Reduktion des GWP unter besonderer Berücksichtigung der Investitionskosten
Effizienzvergleich der Kältekaskade zur herkömmlichen Technik
Entwicklung von adaptierten Regelkonzepten zur Verbesserung der Gesamtperformance der Kälteanlagen
Kältetechnik und Wärmerückgewinnung
Die Konzepte der Kältetechnik stellen sich wie folgt dar:
Plusverbund mit R134a für sieben Kühlstellen (Kälteleistung 7,44 kW, Nennleistung 2,72 kW, COP = 2,73)
Tiefkühlanlage mit R407C als Kaskade im Plusverbund für eine Kühlstelle (Kälteleistung 2,33 kW, Nennleistung 0,67 kW, COP = 3,42)
Durch die Kaskade besteht die Möglichkeit, nur einen Wärmetauscher für die Wärmerückgewinnung auszuführen.
Zusätzlich zur Kältekaskade wurde eine Wärmerückgewinnung sowohl für die Warmwasserbereitung als auch für die Heizungsunterstützung durch eine Rücklauftemperaturanhebung errichtet. Die Wärmeleistung aus der Kaskade beträgt 10,16 kW. Es kann damit eine Heizenergie von bis zu 30 000 kWh pro Jahr rückgewonnen werden. Durch diese Maßnahme konnte die installierte Gastherme für die Warmwasserbereitung ersetzt werden, eine allenfalls erforderliche Nachwärmung erfolgt nur mehr über Biomasse.
Der im Bestand befindliche Ölheizkessel konnte mit der Wärmerückgewinnung ebenfalls demontiert werden, die Kältekaskade wurde im damit frei geworden Öltankraum aufgestellt.
Vergleich der Kältemittel
Für die Kältekaskade wurde das Stoffpaar R134a und R407C gewählt. Die verwendeten Arbeitsmedien in der Kältekaskade weisen ein reduziertes CO2-Emissionspotential auf (GWP-Werte sind in der Tabelle 1 der Kältemittel ersichtlich). Die gewählte Stoffpaarung ist noch nicht das endgültige Ziel, es stellt jedoch eine kostengünstige Möglichkeit dar, die direkten und indirekten CO2-Emissionen zu reduzieren.
Vergleich der CO2-Emissionen
Als Basis der Berechnung wurde eine Laufzeit von je 3000 Stunden pro Jahr mit einer Gesamtlaufzeit von zehn Jahren, sowie die Kältemittelfüllmengen als ident für beide Bereiche angesetzt. Die Ergebnisse der Berechnung sind der Tabelle zu entnehmen (siehe Bildergalerie).
Ergebnisse und Auswertungen
1. Energietechnische Sicht: Durch die Auswahl des StoffpaaresR134a und R407C im Vergleich zu R134a und R507 konnte das direkte Treibhauspotential durch die Kältemittel um mehr als 50 % reduziert werden.
2. Erst durch die Ausführung einer Kältekaskade konnte das Kältemittel R407C im gewählten Betriebspunkt eingesetzt werden.
3. Weiters konnte durch das Kältemittel R407C im Vergleich zu R507 in der Kaskadenausführung die Antriebsleistung mit R407C um ca. 10 % reduziert werden.
4. Für die Wärmerückgewinnung konnte das System auf einen Wärmetauscher reduziert werden, was die Investitionskosten reduziert.
5. Als Kostenausgleich konnte zusätzlich eine Wärmerückgewinnung über Rücklauftemperaturanhebung installiert werden.
6. Durch die Demontage der Einzelaggregate konnte der Lärmpegel erheblich reduziert werden, es wurde nur mehr ein leise laufender Kondensator im Freien installiert.
7. Die Kältemittelfüllmengen wurden insgesamt deutlich reduziert.
8. Das Kältemittel R22 konnte mit dieser Maßnahme ebenfalls ersetzt werden.
Auszug aus der Kältekaskade
1. Eine Kältekaskade ist dann ausgeführt, wenn der Kondensator der Niederdruckstufe (Tiefkühlkreis) im Kältekreis der Hochdruckstufe (Verbund für die Pluskühlstellen) kondensiert und dabei eine deutliche Reduktion der Kondensationstemperatur erfährt.
2. Der Wirkungsgrad der Niederdruckstufe ist daher erheblich besser, als würde eine herkömmliche einstufige Kälteanlage ausgeführt werden.
Autor:
Ing. Christian K. Holzinger EUR-Ing., TB-Holzinger Ingenieurgesellschaft mbH, A-Wien
