Maßgeschneiderte CO₂-Systemtechnik

Welche energetischen Einsparpotentiale das perfekte Zusammenspiel von Kältesystem-, Steuer- & Regeltechnik sowie der Installation bieten, zeigt die Umrüstung eines Hypermarkts in Luckenwalde durch die Firma Berthold Marquordt Kälte-Klima aus Gerbstedt, in dem eine transkritische CO₂-Booster-Verbundanlage zum Einsatz kam.

Der südwestlich von Berlin gelegene Hypermarkt in Luckenwalde mit 4538 m² Verkaufsfläche sollte eine neue Kälteanlage bekommen, da die alten R22-Maschinen in die Jahre gekommen und nun ausgetauscht werden mussten. Überflüssig zu sagen, dass dem Betreiber dabei besonders auch die Effizienz der neuen Systeme am Herzen lag.

Dieser Aufgabenstellung widmete sich die Firma Berthold Marquordt Kälte- und Klimaanlagen mit ihren Partnern Fischer Kälte-Klima sowie Elreha. Gemeinsam entwickelten die beteiligten Unternehmen ein individuelles Anlagenkonzept – abgestimmt auf die spezifischen Anforderungen dieses Supermarktes, die baulichen Gegebenheiten sowie dem Umstand, dass die Anlage praktisch im laufenden Betrieb umgestellt werden sollte.

Kältetechnik

Die Lieferung der anschlussfertigen Verbundanlage übernahm die Systemtechnikabteilung der Christof Fischer GmbH. Für die Aufgabenstellung in Luckenwalde kam eine transkritische CO₂-Booster-Verbundanlage mit drei Druckstufen und Parallelverdichtung zum Einsatz. Die NK-Kühlmöbel und -räume werden dabei von den Druckstufen -6 °C und ±0 °C versorgt, während die TK-Stufe bei einer Verdampfungstemperatur von -32 °C läuft. Insgesamt sind in der Anlage zehn halbhermetische Bitzer-Verdichter verbaut, davon zwei für die Normalkühlung -6 °C, drei für die Normalkühlung ±0 °C, drei für die Tiefkühlung und nochmal zwei als Parallelverdichter. Die Gesamtkälteleistung der Anlage beträgt 173 kW (67 kW bei -6 °C und 106 kW bei ±0 °C) sowie 43 kW bei -32 °C.

Die Anlagenvariante mit Parallelverdichtung unterscheidet sich von normalen CO₂-Boosteranlagen. Das durch die Hochdruck-Regelung im Mitteldrucksammler anfallende Flashgas wird nicht einfach auf die Saugseite der NK-Verdichter entspannt und dann wieder verdichtet, sondern von dem/den Flashgas- bzw. Parallelverdichtern auf MD-Niveau abgesaugt und dann auf HD-Niveau verdichtet. Für diesen kleineren Druckhub bei der Parallelverdichtung wird auch weniger Antriebsleitung benötigt. Vergleichbar ist dies mit dem Economizerbetrieb bei Schraubenverdichtern.

Diese Variante der Prozessführung erhöht zwar den Anlagen- und Regelungsaufwand etwas, aber eben auch die Anlageneffizienz und macht damit transkritische Boosteranlagen auch in Regionen mit höheren Umgebungstemperaturen durchaus sinnvoll und wettbewerbsfähig.

Der Verdichtersatz ist weiterhin mit einer Wärmerückgewinnung (WRG) ausgestattet. Hierbei werden 40 kW der Gaskühlerleistung zur Brauchwassererwärmung verwendet. Auch durch diese zusätzliche Maßnahme kann der Betreiber wertvolle Energie einsparen und damit unnötige CO₂-Emissionen vermeiden.

Vor der Auftragsvergabe wurden seitens der o.g. Firmen sowie dem Betreiber verschiedene mögliche Anlagenkonzepte diskutiert und betrachtet. Letztendlich hat sich der Kunde dann für die effizienteste Variante entschieden. Durch die o.g. Anlagengestaltung konnte die Gesamteffizienz (COP) gegenüber einer marktüblichen Ausführung (Verdampfungstemperaturen -10/-32 °C) erheblich gesteigert werden, siehe Tab. 1.

Bei der Projektierung müssen natürlich die speziellen Anforderungen dieser Ausführungsvariante berücksichtigt werden. So sind die Kühlmöbel und -räume für die o.g. Verdampfungstemperaturen auszulegen. Auch das Rohrnetz ist so zu dimensionieren, dass entsprechend niedrige Druckabfälle auftreten, um die geforderten Warentemperaturen zu erreichen.

Regelungstechnik

Die Steuer- und Regeltechnik für die Kälteanlage übernahm der Marquordt-Partner Elreha. Für die Regelung der transkritischen Kälteanlage in Luckenwalde, welche als CO₂-Boosteranlage mit Parallelverdichtung betrieben wird, wird der Verbundregler „VPR 5240-2“ aus dem Hause Elreha eingesetzt. Er besitzt die Möglichkeit, drei unterschiedliche Verbunde zu regeln und übernimmt damit die Ansteuerung für die beiden Normalkühlungen sowie die Regelung der Tiefkühlung. Die Ansteuerung der Parallelverdichter erfolgt über einen neuen Regler vom Typ „MSReco“, ebenfalls aus dem Hause Elreha.

Die jeweils ersten Verdichter jeder Druckstufe sind mit einem Frequenzumformer ausgestattet. Durch die optimale Abstimmung des Verbundreglersystems „VPR 5240-2“ mit der Hoch-/Mitteldruckregelung „HMR 3168“ wird eine energieeffiziente Regelung des Gesamtsystems sowie eine optimale Wärmerückgewinnung erzielt, die wesentlich zur Energieeinsparung beiträgt.

Die Vernetzung der Kühlstellenregler mit dem Verbundregler „VPR 5240-2“ und dem damit gewährleisteten Datenaustausch ermöglicht es, eine automatische Anpassung der Verdampfungstemperatur, je nach Kühlstellenanforderung, zur erreichen.

Diese Funktion der automatischen Saugdruckschiebung trägt ebenso zur Energieeinsparung des Gesamtsystems und damit zur Reduzierung der laufenden Kosten bei.

Die zusätzlichen Sonderfunktionen der Kühlstellenregler, wie Bedarfsabtauung, Latentwärmenutzung und taktende Abtauheizung unterstützen das System in Hinblick auf minimalen Energieeinsatz. Die Visualisierung sowie alle Einstellungen der kompletten Regelung und der Marktübersicht (Overview) erfolgen auf einem übersichtlichen und benutzerfreundlichen 22“-Touchscreenbildschirm und sind über einen Internetzugang jederzeit erreichbar.

Die Features der Verbundanlagenregelung des „VPR 5240-2“ erlauben sowohl den direkten Versand von Störmeldungen, sowie den kundenfreundlichen Versand von HACCP-Daten via E-Mail, so dass kein weiteres Programm zur Auswertung der protokollierten Daten mehr notwendig ist.

Ebenfalls ist eine Energieeffizienzanalysefunktion vorhanden, wobei der Betreiber wöchentlich per Mail über den aktuellen Stand der Optimierungseinstellungen und der Verbesserungsmöglichkeiten informiert wird.

Umbaulogistik

Der Umbau der gesamten Kälteanlage erfolgte vorerst parallel zum Weiterbetrieb der alten Anlage. Bedingt auch durch die kompakten Abmessungen des neuen Verbundsatzes konnte dieser neben dem alten Maschinenraum aufgebaut werden.

Nach Fertigstellung des neuen, für das HD-Kältemittel CO₂ ausgelegten Rohrnetzes wurden verschiedene Kühlmöbelgruppen jeweils blockweise an die neue Kälteanlage angeschlossen. Der dazu notwendige Austausch der alten gegen die neuen CO₂-Kühlmöbel erfolgte dann jeweils an Sonntagen. An diesen Tagen wurden dann unter „zeitlichem“ Hochdruck die alten Möbel abgebaut und die neuen Möbel an das neue Rohrnetz angeschlossen und in Betrieb genommen. An den Montagen danach öffnete der Markt dann wieder planmäßig und das Publikum erkannte die erfolgten Umbaumaßnahmen nur am Design der neuen Möbel.

Dieser logistische Kraftakt war nur möglich durch die vorausschauende und durchdachte Vorplanung durch die Firma Marquordt sowie die reibungslose Zusammenarbeit aller beteiligten Firmen.

Abschließend lässt sich sagen, dass sich der Umstieg des Betreibers auf das neue CO₂-Kältesystem nicht nur unter dem Aspekt der Zukunftssicherheit gelohnt hat. Die hohe Effizienz der neuen Anlage sorgt für einen deutlich geringeren Energieverbrauch und nach Amortisation der Investitionskosten für eine merkliche Einsparung bei den laufenden Betriebskosten.