Nachhaltigkeit und Effizienz im Supermarkt

Am 27. März 2014 schloss in Darmstadt das diesjährige Supermarkt-Symposium des Zentralverbands Kälte Klima Wärmepumpen (ZVKKW, www.zvkkw.de) erneut mit einer erfolgreichen Bilanz: Zur nunmehr fünften Veranstaltung dieser Art waren rund 100 Teilnehmer gekommen, um sich über Trends in der Gewerbekälte zu informieren.

Inzwischen hat sich das Supermarkt-Symposium zu einer festen Größe in der Branche entwickelt. Es ist Treffpunkt und neutrale Plattform für die Kälte-, Wärme- und Klimatechnik in dieser speziellen und wichtigen Anwendung im Lebensmittelhandel. Dort trifft man sich, erhält aktuelle Informa­tio­nen, tauscht sich aus und kann sich kennenlernen.

Unter der Überschrift „Der Lebensmittelhandel als Vorreiter bei Nachhaltigkeit und Effizienz“ behandelten die Vorträge des Symposiums u.a. Themen wie Werkzeuge für die Energieverbrauchsberechnung von Supermärkten, Betrachtungen zur Abwärmenutzung, Effizienzbewertung und Betriebsoptimierung, ökonomische und ökologische Konzepte mit gasmotorisch betriebenen Wärmepumpen. Das Programm bot mit seinen elf Vorträgen erneut einen interessanten Mix aus Hochschule und Praxis.

Softwaretool zur ­Energieverbrauchsberechnung

Nicolas Fidorra, TU Braunschweig, stellte in seinem Vortrag das Software-Tool „Super­Smart“ vor – ein Werkzeug zur Energieverbrauchsberechnung von Supermärkten, mit dem sich auch verschiedene Supermärkte mit ihren Energieverbräuchen vergleichen lassen. Supermärkte haben einen hohen Stromverbrauch und viele interagierende Verbraucher. Um hier den Überblick zu behalten und objektive Bewertungen vornehmen zu können, ist aus Sicht der TU Braunschweig eine Softwarelösung erforderlich, die mit den notwendigen Komponenten so aber (noch) nicht auf dem Markt existiert. Die TU Braunschweig hat daher eine eigene Lösung entwickelt. Die Software soll einfach zu bedienen sein, Jahresenergieverbräuche aufzeigen und eine Datenbank mit verfügbaren Komponenten enthalten. Berücksichtigt werden sollen Wetter- und Gebäude­daten, Kühlstellen, das Kältesystem, Heizung und Klimatisierung des Verkaufsraums sowie – besonders wichtig – die konkreten Betriebsbedingungen mit dem zeitlichen Verlauf von Besucherströmen. Als Ergebnis soll die Software simulierte Jahresenergieverbräuche in Abhängigkeit von der System- und Komponentenauswahl aufzeigen, damit sich so Optimierungspotentiale erarbeiten lassen. „SuperSmart“ befindet sich allerdings noch in der Entwurfsphase und die weitere Ausarbeitung bedarf noch der nötigen Finanzierung. Idee der TU Braunschweig ist es daher, dass sich spätere Anwender finanziell an der Softwareentwicklung beteiligen sollen. Ein Verein soll sich der Softwareentwicklung und -pflege annehmen. Durch jährliche Beiträge der Anwender sollen Support und Aktualisierung der Software langfristig sichergestellt werden. Sollte die Finanzierung zusammenkommen, sind, laut Nicolas Fidorra, eine schnelle Umsetzung und Marktreife möglich.

Daten und Fakten zum Energiemanagement

Ljiljana Rakita, EHI Retail Institut Köln, berichtete über die Ergebnisse des EHI-Energie-Monitors, in dem Daten und Fakten zum Energiemanagement im Einzelhandel zusammengetragen werden. 64 Handelsunternehmen (davon 31 % aus dem Lebensmittelhandel) haben für den EHI-Monitor Daten zur Verfügung gestellt; die Untersuchung fand im Herbst 2013 statt. 86 % der befragten Handelshäuser gaben an, dass ihre Energiekosten im Vergleich zu 2012 gestiegen seien, davon bei 17 % sogar um mehr als 10 %. Als Kostentreiber bei den Strompreisen wurde vor allem die EEG-Umlage genannt, aber auch weitere, vom Unternehmen nicht beeinflussbare Faktoren wie Steuern, Abgaben oder Netznutzungskosten waren für den Anstieg erforderlich. Nur ein Drittel der Handelshäuser gab Gründe wie „längere Öffnungszeiten“, „Expansion“ oder „Einkauf von Grünstrom“ als selbst zu beeinflussende Faktoren als Gründe an.

Im Lebensmittelhandel betrugen 2013 die durchschnittlichen Energiekosten pro m² Verkaufsfläche mittlerweile 62,95 €/a (56,25 € in 2012). Eine weitere Steigerung von 8 % pro Jahr wird prognostiziert. Im Schnitt werden 413 kWh/m²a für Strom und 140 kWh/m²a für die Heizung benötigt. Die Kältetechnik ist mit 41 % der größte Verbrauchsträger, gefolgt von der Beleuchtung mit 27 %. Für die Kältebranche spannend sind die Angaben über den Einsatz der unterschiedlichen Kältemittel. In der Tiefkühlung (TK) wird in 77 % der Märkte R404A eingesetzt, gefolgt von Kohlendioxid (13 %), R134a (5 %) und andere (5 %). In der Normalkühlung (NK) sind es R134a (48 %), R404A (40 %), Kohlendioxid (6 %) und andere (6 %). Erfreulich ist der mittlerweile sehr hohe Anteil von Glasabdeckungen (96 %) bei TK-Möbeln, Nachrüstbedarf besteht aber noch bei den NK-Möbeln – hier haben erst 43 % eine Glasabdeckung. Es gibt hier nach wie vor Interessenkonflikte zwischen den Verantwortlichen für Verkauf und Betrieb, weil viele der Meinung sind, Glasabdeckungen würden der Warenpräsentation und damit dem Verkauf schaden.

Plädoyer für CO₂-Anlagen

Lars Bluhm, Danfoss, warb in seinem Vortrag für den Einsatz von Kohlendioxid als Kältemittel im Supermarkt. Anhand einer realisierten Referenzanlage in einem Supermarkt – eine transkritische CO₂-Booster-Anlage – zeigte Lars Bluhm auf, wie Warmwasserbereitung, Kühlung und Komfortheizung mit einer Anlage mit Wärmerückgewinnung energiesparend umgesetzt werden können. Die Vorteile sind aus seiner Sicht:

Schon mit geringer Verdichtermehrarbeit steht mehr Wärmeenergie mit einem hohen Temperaturniveau zur Verfügung.

Bei kleiner Verdichterlast wird eine hohe Druckgastemperatur von 60–70 °C erreicht.

Im WRG-Fall wird pc angehoben, um 70–90 °C zu erhalten.

Bei Nutzung von nur 50 % der Wärme entspricht dies 80 % mehr als bei R134a.

Gaskühler gibt nur die überschüssige Wärme an die Umgebung ab.

Das Monitoring der Anlage ergab:

dass sich die Systemleistung von Supermarktanlagen sehr gut mit CO₂-Systemen & WRG steigern lässt,

dass die speziellen Eigenschaften von CO₂ wie hohe Temperaturen und Druckbereiche, vorteilhaft mit der WRG nutzbar gemacht werden können, und

dass man den gesamten Energieverbrauch des Gebäudes reduzieren kann, wenn alle Energieuntersysteme miteinander verbunden sind und kontrolliert werden.

Sein Fazit: Bei den derzeitigen Energiepreisen ist eine transkritische CO₂-Anlage mit WRG in den meisten Fällen eine sinnvollere Alternative, als konventionelle Methoden für Heizung und Warmwasserbereitung auf Basis von Gas oder Öl einzusetzen.

In der Kältetechnik, insbesondere im Bereich Supermarktkälteanlagen, kommen zunehmend ökologisch orientierte Anlagenkonzepte zum Einsatz. Umweltfreundliche Kältemittel, wie beispielsweise CO₂ (R744) benötigen Leitungssysteme, die für Betriebsdrücke von bis zu 120 bar zugelassen sind. 

Die Ulmer Wieland-Werke AG entwickelte in Kooperation mit IBP Conex Bänninger das Hochdruck-Rohrsystem K65. Basierend auf der hochfesten Kupferlegierung K65 eignet sich dieses System für Anwendungen mit Betriebsdrücken bis 120 bar und ist prädestiniert für den Einsatz als Hochdruck-Leitungssystem für CO₂ – als umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Kältemitteln.
Mit Wieland K65-Rohren und dem K65-Lötfitting-Sortiment von IBP steht Anwendern ein System für Hochdruckanwendungen aus Kupfer zur Verfügung. Der Werkstoff Kupfer gewährleistet einfachste Verarbeitung durch den in der Kältetechnik üblichen und bekannten Hartlötprozess sowie hervorragende Wärmeleitfähigkeit für den Bau von Wärmeübertragern. 
Drucklagen von bis zu 120 bar, wie bei CO₂, sind eine Herausforderung an Sicherheit und Zuverlässigkeit von Leitungssystemen. Das K65-System von Wieland und IBP ist die einzige vom TÜV zertifizierte Komplettlösung auf Basis einer Kupferlegierung. Alle Anforderungen der Europäischen Druckgeräterichtlinie werden somit vom System K65 erfüllt. Das K65 System garantiert bei der Installation von Supermarktkälteanlagen verlässliche Sicherheit bei höchsten Anforderungen

Wärmerückgewinnung nutzen

Auch Maren Titze, TU Braunschweig, belegte in ihrem Referat anhand eines in Norwegen errichteten Supermarkts, dass sich der Gesamt-Energieverbrauch eines Marktes durch effiziente WRG aus der Abwärme der Kälteanlage signifikant reduzieren lässt. Selbst im kalten Norwegen konnte aufgezeigt werden, dass sich die benötigte Heizenergie an fast allen Tagen des Jahres durch die Abwärme der Kälteanlage erzeugen lässt.

Die Vorteile der Wärmerückgewinnung waren auch Thema des Vortrags von Sven Schwarze, KKU Concept GmbH, der die Möglichkeiten des Einsatzes von gasmotorisch betriebenen Wärmepumpen (konkret die des Herstellers Yanmar) vorstellte. Neben der Abwärmenutzung der TK-Kälteanlage lässt sich ergänzend die Motorabwärme der Wärmepumpe zur Beheizung und Klimatisierung eines Supermarkt nutzen.

Die Lebenszykluskosten im Blick

Klaus Tadajewski, Daikin, ging in seinem Vortrag weniger auf die Anlagentechnik in einem Supermarkt ein, sondern lenkte vielmehr den Blick der Zuhörer auf die Notwendigkeit, bei Systementscheidungen stets die gesamten Lebenszykluskosten eines Supermarkts zu betrachten. Er bemängelte, dass viele Entscheider in Supermärkten prozessbedingte, verdeckte bzw. unberücksichtigte Kostenfallen bei der Integration eines Haustechnikkonzepts im Filialnetz nicht berücksichtigen würden. Invest- und Energiekosten würden zwar meist beachtet, nicht hingegen die Wartungs-, Reparatur- und Ersatzteilkosten, die über die gesamte Lebenszeit einer Anlage zu erheblichen Mehrkosten führen können. Er rechnete vor, dass sich durch richtiges Lebenszykluskostenmanagement in fünf Jahren bis zu 20 000 € einsparen ließen. Er plädierte daher für eine Gewerke übergreifende Projekt-Koordination. Im Planungsprozess und im laufenden Betrieb gebe es zahlreiche Dinge zu beachten und zu klären. Hierzu zählen u.a. folgende Punkte:

Ist die Anlage über-/unterdimensioniert?

Ist das Konzept nach Baubeschreibung umgesetzt?

Sind die erforderlichen Hersteller-/Produktkenntnisse bei den ausführenden Gewerken vorhanden?

Wurde die Haustechnik korrekt in Betrieb genommen?

Hat die ausführende Wartungsfirma/-monteur die erforderlichen Zertifizierungen und Produktkenntnisse?

Wer pflegt und analysiert das Energie­managementsystem?

Läuft die Anlage optimal oder schlecht?

Wie viele Serviceanfahrten wurden benötigt, um eine Störung zu analysieren und zu beseitigen?

Wurde nur das Symptom der Störung behoben oder die Ursache?

Wer koordiniert die Fernwartung?

etc.

Klaus Tadajewski machte das Angebot, dass sich Daikin als Hersteller gerne bereit erklärt, Anlagenbauer und Filialisten bei Planung, Inbetriebnahme und Diagnose zu unterstützen.

Energiemonitoring erforderlich

Prof. Berthold Stanzel, Hochschule Erfurt, brach in seinem Vortrag eine Lanze für ein optimales und umfassendes Energiemonitoring. Seine Erkenntnis aus der Betrachtung zahlreicher Supermarktfilialen lautet: Eine Gewinnerhöhung ist durch Einsparung von Energiekosten leichter möglich als durch eine Umsatzerhöhung! Um rechtzeitig die richtigen Schritte einleiten zu können, wenn eine Anlage „aus dem Ruder läuft“, ist jedoch eine fortlaufende Verbrauchskontrolle und entsprechende Auswertung der Daten erforderlich. Seine beiden „Hauptsätze des Energie-Benchmarkings“ lauten daher:

1. Eine Anlagenoptimierung ist nur in Verbindung mit einer laufenden Verbrauchskontrolle sinnvoll.

2. Ohne permanentes Energiemonitoring muss mit einem deutlichen Zuwachs des Energieverbrauchs gerechnet werden.

Prof. Stanzel berichtete weiter von einem Verfahren der opti-energy GmbH, bei dem mit einer mathematisch-physikalischen Analyse das energetische Verhalten von Anlagen überwacht und ausgewertet werden kann. Mit dem Verfahren lassen sich aus seiner Sicht Einsparungen von Optimierungsmaßnahmen zweifelsfrei nachweisen.

Auch im nächsten Jahr wird der ZVKKW diese Veranstaltung fortsetzen – voraussichtlich am 23. April 2015 erneut im Maritim Rhein-Main Hotel in Darmstadt.