Planungssicherheit in der Kältetechnik

Einen Film zum Fachforum Kältetechnik in Leipzig finden Sie hier.

Im Oktober 2017 veranstaltete die KKA gemeinsam mit den Firmen Bitzer, Chemours, Combitherm, ebm-papst und Güntner das Fachforum Kältetechnik 2017 in Schwerte, Leipzig, Fürth, Stuttgart und Wiesbaden. Nach der erfolgreichen ersten Kältefachforen-Staffel der KKA in 2015 konnten in diesem Jahr die Teilnehmerzahlen noch einmal merklich gesteigert werden. Dies ist sicher ein Beleg für die hohe Unsicherheit bei allen Beteiligten (Planer, Anlagenbauer und Betreiber), weil viele nicht wissen, wie sie künftig in der Kältetechnik sicher agieren sollen. Das Programm des Fachforums versprach und lieferte hier die nötigen Antworten. Die hervorragende Resonanz und die vielen „Wiederholungstäter“ auf Teilnehmerseite sind aber auch ein klares Zeichen, dass sich das Fachforum Kältetechnik von der Fülle an Weiterbildungsmöglichkeiten dadurch unterscheidet, dass ein inhaltlich schlüssiges Gesamtpaket geboten wird. In mehreren Vortreffen hatten die Referenten und die KKA-Redaktion intensiv am Programm gefeilt und die Inhalte aufeinander abgestimmt, um den Zuhörern das Versprechen, ihnen mehr Planungssicherheit in der Kältetechnik zu ermöglichen, auch einhalten zu können.

Verdichter mit eingebauter Intelligenz

Der Vortragsreigen wurde eröffnet von Andreas Riesch, Direktor Vertrieb Deutschland und Schweiz bei der Firma Bitzer (www.bitzer.de). Er zeigte anhand der Entwicklungen im Bereich der Verdichertechnik auf, in welchem Maße die Digitalisierung auch in der Kältetechnik Einzug gehalten hat. Wie schnell hier der Wandel vollzogen wurde bzw. wird, wurde deutlich, als er nach der beliebtesten Handy-App während der Fußball-WM 2006 in Deutschland fragte. Antwort: Es gab keine; das erste iPhone wurde erst Januar 2007 auf den Markt gebracht. In nur einem Jahrzehnt haben sich Smartphones und mobile Anwendungen zu etwas Selbstverständlichem entwickelt, auf die niemand mehr verzichten möchte. Nicht ganz so rasant hat sich der Wandel in der Kältetechnik vollzogen, aber ein Schraubenverdichter aus den 90er Jahren ist aus technischer Sicht ebenfalls meilenweit von heutiger Verdichtertechnik entfernt. Die Motoren wurden weiterentwickelt, die Verdichter haben z.T. integrierte Frequenz­umrichter und liefern durch eingebaute Intelligenz permanent Daten über Betriebszustände. War ein Bitzer-Verdichter früher nur durch eine Serialnummer identifizierbar, so hat heute jedes Gerät einen QR-Code, der, über eine entsprechende App aufgerufen, Informationen zum Verdichter liefert. In der App sind alle technischen Dokumente und Ersatzteillisten verfügbar, über einen Link kommt man zur Auslegungssoftware und der Anwender hat dadurch die Gewissheit, dass er tatsächlich einen original Bitzer-Verdichter vor sich hat. Dies ist vor allem in Asien relevant, wo immer wieder Plagiate im Bitzer-Grün auftauchen.

Moderne Bitzer-Verdichter mit IQ-Modul bieten verschiedenste Kommunikationsmöglichkeiten mit Sensoren, anderen Komponenten der Kälteanlage und auch mit einer übergeordneten Steuerung. Sie kommunizieren über Bussysteme wie Modbus und künftig auch über Bluetooth und ermöglichen so die Diagnose und Fernwartung von jedem beliebigen Standort aus. Die „BEST“-Software ist in diesem Zusammenhang das universelle Software-Tool, um alle Bitzer-IQ-Produkte zu managen. Mit der Software können sich Anwender z.B. alle Warnungen und Alarme mit einer Empfehlung zur Problembeseitigung aufzeigen lassen. Dadurch lässt sich das Anlagenverhalten analysieren und die Fehlerdiagnose wird komfortabler. Die zahlreichen Infos zum Verdichterverhalten machen sowohl dem Monteur die Arbeit bei Service und Wartung einfacher, aber auch der Betreiber erhält einen Rundum-Überblick über die Performance seiner Kälteanlage.

Und wo geht die Reise hin? Andreas Riesch wagte hier einen Blick in die Glaskugel und beschrieb einen Verdichter der Zukunft, der Infos zur vorbeugenden Wartung und Daten zur Anwendungsüberwachung übermittelt, was automatisch in der Einsatzplanung der Servicekräfte, der Vergabe von Wartungsterminen und der Bestellung von erforderlichen Komponenten mündet. Noch ist es in der Kältetechnik nicht soweit, aber andere Branchen leben uns schon heute vor, welche Möglichkeiten die Digitalisierung im Zeitalter des Internet of Things bietet.

AwSV und Bundesimmissionsschutzgesetz

Sven Arnold, Produktmanager bei Güntner (www.guentner.de), lenkte den Blick der Teilnehmer auf zwei wichtige Regelungen, die in diesem Jahr in Kraft getreten sind: die AwSV (Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen) und die 42. BImSchV (Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes). Beide Verordnungen haben Auswirkungen auf die Planung bzw. Aufstellung von Rückkühlern.

Die BImSchV ist eine Verordnung für Verdunstungskühlanlagen, Kühltürme und Nass­abscheider – sie betrifft also alle benetzten Rückkühler. Anlagen im Anwendungsbereich dieser Verordnung sind so auszulegen, zu errichten und zu betreiben, dass Verunreinigungen des Nutzwassers durch Mikroorganismen, insbesondere Legionellen, nach dem Stand der Technik vermieden werden. Der Betreiber hat dafür zu sorgen, dass Anlagen so ausgelegt und errichtet werden, dass u.a.

die eingesetzten Werkstoffe für die Wasserqualität und die einzusetzenden Betriebsstoffe geeignet sind,

Tropfenauswurf effektiv minimiert wird,

Totzonen, in denen das Wasser stagnieren könnte, möglichst vermieden werden,

wasserführende Bauteile möglichst vollständig entleert werden können,

Vorkehrungen für die regelmäßige Überprüfung und Instandhaltung getroffen werden.

Güntner hat in Bezug auf Konstruktion und den Einsatz von Materialien bei seinen Rückkühlern einiges dafür geleistet, um dem Legionellenwachstum vorzubeugen. Bei Legionellen handelt es sich um natürlich vorkommende Mikroorgansimen, die in nahezu allen Gewässern zu finden sind. In der Gebäudetechnik gilt es daher vor allem deren unkontrollierte Vermehrung zu verhindern, da sie nur in relativ hohen Konzentrationen gesundheitsgefährdend sind und auch nur dann, wenn sie als Aerosol eingeatmet werden, wie Sven Arnold ausführte. Benetzte Güntner-Rückkühler wie der „HydroSpray“ verwenden daher spezielle Flachkopf-Strahldüsen, die größere und daher nicht lungengängige Tröpfchen erzeugen. Es wird kein rezirkulierendes Benetzungswasser verwendet und die Benetzung erfolgt mit Überschuss, um Ablagerungen zu vermeiden. Durch eine selbsttätige Absaugentleerung kann auch kein stehendes Wasser entstehen und alle wasserführenden Teile sind mit Gefälle installiert. Vorteilhaft ist auch der einfache Zugang zum Benetzungssystem für Inspektions- und Reinigungsarbeiten sowie die hygienische Ausführung der Hydraulik und der Bauteile. Ein weiterer Vorteil ist die Überwachung der Wasserqualität durch einen integrierten Leitfähigkeitssensor.

Bei der AwSV dreht sich alles um den Gewässerschutz. Die Hintergründe und Auswirkungen wurden von Sven Arnold detailliert beschrieben. Die KKA berichtete hierüber bereits mehrfach und ausführlich, daher soll an dieser Stelle auf eine Wiederholung verzichtet werden (Siehe u.a. KKA 4/2017 „Die neue AwSV ist beschlossene Sache“ – zu finden im Archiv auf www.kka-online.info). Rückkühler – auch trockene – sind dann von der AwSV betroffen, wenn im Kältekreis Glykol zirkuliert. Glykolhaltige Gemische besitzen die Wassergefährdungsklasse 1 und entsprechende Rückkühler benötigen unter gewissen Umständen ein Rückhaltesystem, um bei Leckagen das Glykol aufzufangen und kontrolliert abzuleiten. Ob dies erforderlich ist, ist u.a. von den Aufstellbedingungen (befestigte Fläche, Wasserschutzgebiet) abhängig, aber auch die Untere Wasserbehörde hat hier ein Wörtchen mitzureden und sollte befragt werden. Mit dem „Güntner Glycol Guard“-System ist man als Betreiber aber in jedem Fall auf der sicheren Seite, machte Sven Arnold deutlich. Eine Beschreibung des Systems finden Sie im Nachbericht zum Güntner-Symposium „United Nations of refrigeration“ in dieser Ausgabe der KKA.

Der zukunftssichere Ventilator

Martin Schulz, Vertriebsleiter Kältetechnik bei ebm-papst (www.ebm-papst.de), schilderte in seinem Vortrag, wie moderne Ventilatoren in vernetzte Systeme eingebunden werden können und welche Auswirkungen die ErP-Richtlinie auf die Entwicklung von Ventilatoren hat. Bei Ventilatoren waren es in der Vergangenheit und ist es auch heute noch Usus, Sollwertvorgaben und Fehlermeldungen über ein 0-10V-Signal zu übertragen. Martin Schulz warb jedoch dafür, hier künftig stattdessen auf eine Vernetzung mit Modbus zu setzen. Diese bietet mehrere Vorteile:

Es reduziert sich der Verkabelungsaufwand, weil nur noch zwei statt vier Litzen angeschlossen werden müssen.

Bei einer Kabelunterbrechung oder wenn ein Signal nicht mehr beim Ventilator ankommt, läuft der Ventilator bei einer zuvor eingestellten Drehzahl weiter, statt komplett auszufallen.

Die Modbus-Leitung dient nicht nur zur Sollwertvorgabe, sondern kann eine Fülle an Infos übermitteln (Drehzahlabweichung, Spannungsschwankungen, Motorblockade, Phasenausfall etc.). Statt einer simplen Meldung „Störung“ erhält der Betreiber bzw. Monteur bereits vorab Informationen über die mögliche Schadenursache und hat den Ventilator jederzeit auch in Bezug auf Betriebsstunden, Leistungsaufnahme, Fehlerhistorie usw. im Blick

Der Modbus ist ein weit verbreiteter Standard und nahezu alle EC-Ventilatoren von ebm-papst sind mit einer entsprechenden Schnittstelle verfügbar. Alle Anlagenbauer sollten sich aufgrund der genannten Vorteile mit dieser zukunftssicheren Lösung befassen, um Ventilatoren (und andere Komponenten einer Kälteanlage) einfach und sicher in übergeordnete Systeme einbinden zu können.

Die europäischen ErP-Richtlinien stellen Mindesteffizienzanforderungen an Geräte und Anlagen. Hiervon sind auch schon seit einigen Jahren die Ventilatoren betroffen und Qualitätshersteller wie ebm-papst haben ihre Hausaufgaben rechtzeitig gemacht, um ihre Produkte auch künftig in der EU verkaufen zu können. 2020 ist für Ventilatoren mit einer weiteren Verschärfung der ErP-Richtlinie für Ventilatoren zu rechnen. Die genauen Anforderungen liegen noch nicht fest, aber man kann in etwa davon ausgehen, dass künftig der statische Wirkungsgrad eines Ventilators gegenüber den heute geltenden Mindestgrenzwerten um ca. 25 % gesteigert werden muss. Doch wo steckt noch das Optimierungspotential hierfür? Die Wirkungsgrade bei den Motoren und der Elektronik seien nahezu ausgereizt, konstatierte Martin Schulz. Es bleibt die Aerodynamik – und genau hierauf hat sich ebm-papst in seiner Forschungs- und Entwicklungsarbeit konzentriert. Das Ergebnis heißt „AxiBlade“ – ein Axial-Ventilator, der auf der Chillventa 2016 bereits vorgestellt wurde. Mit ihm lassen sich signifikante Leistungssteigerungen verbunden mit einer deutlichen Geräuschreduzierung erzielen, so dass die zu erwartenden Anforderungen der verschärften ErP-Richtlinie 2020 schon heute erfüllt werden können. Gelungen ist dies durch eine Optimierung des Gesamtsystems, bestehend aus Laufrad, Wandring und Schutzgitter.

Kältetechnik am Scheideweg

Steffen Klein, Geschäftsführer Combitherm (www.combitherm.de), machte in seinem Vortrag auf die Sprengkraft aufmerksam, die vor allem in der F-Gas-Verordnung und der neuen ErP-Richtlinie 2281/2016 für Kälteanlagen steckt: „Die Kältetechnik steht am Scheideweg. Allein diese beiden EU-Vorgaben stellen den größten Markteingriff in der 150-jährigen Geschichte der Kältetechnik dar. Die Kältetechnik hat sich immer weiterentwickelt, aber heute sind die Veränderungen nicht mehr technologiegetrieben, sondern der Taktgeber hierfür ist die Politik – also meist Nicht-Fachleute.“ Mit den beiden genannten Verordnungen ist es ja nicht getan – ein wahres Trommelfeuer an alten und neuen Verordnungen und Richtlinien, mit denen sich die Kältebranche beschäftigen muss, prasselt auf Betreiber, Planer, Anlagenbauer und die Industrie ein. Steffen Klein stellte die wichtigsten davon in seinem Bericht kurz vor. Dazu gehören:

F-Gas-Verordnung

Ökodesign (ErP)-Richtlinie 2281/2016

AwSV

EnEV

Maschinenrichtlinie 2006/42/EG

Druckgeräterichtlinie2015/68/EU

BetrSichV 2015

Arbeitsstättenrichtlinie

EN 378-2017 für Kältemaschinen

ISO 50001 und EDLG für Energie

VDI 2047 für Kühltürme

VDI 6022 für Hygiene

etc.

Damit nicht genug, müssen gleichzeitig technische Herausforderungen im Bereich der Digitalisierung (Internet of Things, BIM, Smart Grid) gemeistert werden.

Die genannten Verordnungen machen es einem Anlagenbauer wie Combitherm zunehmend schwer, sämtliche Kundenwünsche erfüllen zu können. Die rechtlichen Leitplanken, an denen man sich orientieren muss, reduzieren die Bandbreite der technisch möglichen Optionen drastisch. Vor allem die F-Gas-Verordnung, die schon 2017 zu einer massiven Verknappung und Verteuerung von Kältemitteln mit hohem GWP geführt hat, wird unsere Branche im kommenden Jahr massiv beeinflussen und hemmen, sowie zu einem planerischen Umdenken führen (müssen). Weitere Hemmnisse sind:

zu wenig Personal,

ein Mangel an Expertenwissen (die Flut der neuen Verordnung ist kaum mehr beherrschbar)

ein zu hohes Anspruchsniveau der Gesetzestexte

widersprüchliche politische Ziele (Umweltschutz versus Sicherheit)

und nicht zuletzt die fehlende Motivation zur Veränderung sowohl auf Seiten der Anlagenbauer als auch auf Seiten der Betreiber.

Doch es hilft ja nicht, den Kopf in den Sand zu stecken. Um die Anforderungen des Gesetzgebers und die Wünsche des Kunden bestmöglich unter einen Hut zu bekommen, setzt Combitherm auf eine gründliche Anwendungsanalyse in der Planungsphase, die Pflege und die intensive Beschäftigung mit einer Wissensdatenbank aller relevanten Vorschriften, eine intensive Kundenkommunikation, eine detaillierte Dokumentation über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage hinweg und auf ständig aktualisierte Gefährdungsanalysen. Die Antwort heißt bei Combitherm „Ansor-Konzept“. Dabei handelt es sich um eine individuelle Komplettlösung für den Kunden mit dem Schwerpunkt Energieeffizienz und -flexibilität, die eine akribische Kühllastbestimmung, eine Berücksichtigung des Standorts, das Voll- und Teillastverhalten, eine dynamische Simulation sowie eine intelligente Regelung und Visualisierung unter Einbeziehung aller verfügbaren Daten, die die Komponenten der Kälteanlage wie Verdichter, Ventilatoren, Wärmeübertrager, Ventile etc. zur Verfügung stellen.

Kältemittel werden knapper und teurer

Joachim Gerstl und Luigi Pirrone, Chemours (www.chemours.com), gaben in ihrem Vortrag einen Rückblick auf die Geschichte der F-Gas-Verordnung, den aktuellen Stand der Umsetzung sowie einen Ausblick auf das, was uns in den kommenden Jahren erwarten wird. Viele Anlagenbauer und Betreiber scheinen erst in diesem Jahr – ausgelöst durch steigende Kältemittelpreise – aus dem Dornröschenschlaf erwacht zu sein und stellen fest, dass die F-Gas-Verordnung kein Handeln nach dem Weiter-so-Prinzip ermöglicht. Und dass, obwohl die Diskussion um die F-Gas-Verordnung schon 2013 begonnen wurde und Hersteller wie Chemours seitdem in Vorträgen, Artikeln, in Mailings und online x-fach auf das Szenario hingewiesen haben, das jetzt eingetreten ist und dass sich 2018 weiter verschärfen wird. „Es war klar, was kommt. Aber wenige wollten zuhören. Und noch weniger haben gehandelt“, beklagte Joachim Gerstl. Er brachte die Zuhörer zunächst mit einer Vorstellung der aktuellen Zahlen auf den Stand der Dinge. 205 Mio. t CO₂-Äqivalente standen uns bislang in der EU als Kältemittelmenge zur Verfügung; 2018 werden dies etwa 90 Mio. t weniger sein. Das ist eine Herkulesaufgabe, die die Branche gemeinsam stemmen muss – und eine Aufgabe, die eigentlich viel zu spät angegangen wird.

Drei Hebel gibt es, die angesetzt werden müssen: Neuanlagen sollten nur noch mit Niedrig-GWP-Kältemittel geplant, Bestandsanlagen auf Kältemittel mit geringerem GWP umgerüstet und Kältemittel aus Bestandsanlagen nahezu vollständig und zwar sortenrein zurückgewonnen werden. In absoluten Zahlen ausgedrückt wird deutlich, was das für unsere Branche bedeutet: 2018 müssten ca. 45.000 R404A-Anlagen (bei einer durchschnittlichen Füllmenge von 250 kg) auf ein Retrofit-Kältemittel wie R449A umgerüstet werden und im Bereich der Wiederaufbereitung sollten 6000 t R404A zusammenkommen. Weitere Stellschrauben sind eine Reduzierung der Füllmengen sowie die unbedingte Vermeidung von Leckagen. Nun gibt es Anwendungen, für die es keine – bzw. nicht mit vertretbarem/bezahlbarem Aufwand umrüstbare – Kältemittel-Alternativen mit niedrigem GWP gibt. Das heißt, in allen anderen Anlagen muss man mit dem GWP noch weiter herunter, um sich diese Hoch-GWP-Anwendungen bei der feststehenden Quote an CO₂-Äqivalenten „leisten“ zu können.

Kältemittellieferanten wie Chemours haben eine Fülle von Kältemittelalternativen für die verschiedensten Anwendungsbereiche entwickelt. Hierzu gehören bei Chemours vor allem die „Opteon XP“- und „Opteon XL“-Produktfamilien, die auf dem Fachforum im Detail vorgestellt wurden. Alle nötigen Infos über diese Kältemittel finden sich auf der Webseite www.opteon.com/de. Deren Einsatz erfordert aber z.T. eine intensive Betrachtung der Einsatzmöglichkeiten und -grenzen, die Beschäftigung mit bzw. die Akzeptanz von brennbaren Kältemitteln und in den meisten Fällen ein deutlich erhöhtes ingenieurtechnisches und handwerkliches Wissen bei Planung und Installation. Aber auch die Industrie muss dringend ihre Hausaufgaben machen und ihre Produkte für die neuen Kältemittel freigeben.

Auch Luigi Pirrone und Joachim Gerstl wagten mit einem denkbaren Szenario einen Blick in die Glaskugel für das Jahr 2018. Vor allem R404A-Anlagen werden und müssen dann im Fokus stehen. Von den ca. 18.000 t (= 70 Mio. t CO₂-Äqivalente) an R404A (und verwandten Kältemitteln), die 2015 eingesetzt wurden, werden 2018 noch 14 % übrigbleiben, die auch ausschließlich für Servicezwecke und unter keinen Umständen in Neuanlagen Verwendung finden dürfen. 17 % müssen durch sogenannte natürliche Kältemittel ersetzt werden, 64 % durch nicht-brennbare A1-HFO-Gemische (z.B. „Opteon XP“-Produkte), 1 % durch schwer-entzündliche (aber brennbare) A2L-HFO-Gemische (z.B. „Opteon XL“-Produkte) und 19 % durch recyceltes R404A. Und für die weitere Zukunft wird kein Anlagenbauer an den A2L-Kältemitteln vorbeikommen.

Fazit und Ausblick

Die vielen Fragen nach den Vorträgen und die intensiven Diskussionen in den Pausen an den Ausstellungsständen der Partner des Fachforums zeigten, dass die KKA und die beteiligten Firmen bei der Auswahl der Themen ins Schwarze getroffen haben. Wer keine Möglichkeit hatte, bei einem der fünf Fachforen teilzunehmen, kann sich online zumindest die Vortragsunterlagen anschauen: http://bauverlag-events.de/event/tab-fachforum-kaeltetechnik-2017. Sie stehen dort für alle Interessierten zum Download zur Verfügung.

Wer sich über künftige Fachforen des Bauverlags – auch zu anderen Themen – informieren möchte, findet unter www.bauverlag-events.de alle weiteren Informationen. Ein Video zum Fachforum Kältetechnik gibt es unter: https://youtu.be/aZFjjPeZbC0.