Trends in der Gewerbekälte

Bereits in den vergangenen Jahren wurden im Rahmen des Supermarkt-Symposiums die Themen Energieeffizienz, Energiemanagement, innovative Abwärmenutzung und Wärmeerzeugung im Supermarkt intensiv beleuchtet. Dabei konnten die positiven Auswirkungen der verschiedenen technischen Maßnahmen stets durch praktische Ergebnisse aus Messungen von Anlagen bzw. Umfragen unter Betreibern belegt werden.

Daran anknüpfend stand in diesem Jahr das Thema Energieeinsparung im Vordergrund. An praktischen Beispielen wurde gezeigt, welche technischen Entwicklungen derzeit den Markt bestimmen, welche Einsparungen damit möglich sind und welche Perspektiven sich in der Zukunft bieten. Aber nicht nur die Technik, sondern auch die rechtlichen Rahmenbedingungen (Ecodesign-Richtlinie, F-Gase-Verordnung) wurden mit ihren Einflüssen auf die Supermarktkälte behandelt. In insgesamt neun Referaten wurde die Supermarktkälte von allen Seiten beleuchtet.

Energieeffizienz von Kälteerzeugungsprozessen

Nach einer Begrüßung der Teilnehmer und Einführung ins Thema durch ZVKKW-Präsident Dr. Harald Kaiser und ZVKKW-Geschäftsführer Dr. Matthias Schmitt zeigte Prof. Michael Arnemann, Hochschule Karlsruhe, die Einflüsse auf die Energieeffizienz von Kälteerzeugungsprozessen auf. Ein Themengebiet, das Prof. Arnemann sonst seinen Studenten in einem ganzen Semester vermittelt, musste auf 30 Minuten Vortragszeit konzentriert werden – zwangsläufig konnten dabei die Ansatzpunkte, um Anlagen energieeffizienter zu betreiben, nur grob umrissen werden. Knackpunkte sind dabei die richtige Einstellung der Betriebsparameter – vor allem die Wahl optimaler Verdampfungs- und Verflüssigungstemperaturen sowie ein regelmäßiges Monitoring, um Schwachstellen und das Potential für Energieeinsparungen aufdecken zu können. Um eine möglichst hohe Energieeffizienz zu erreichen, empfahl Prof. Arnemann möglichst kleine treibende Temperaturdifferenzen in den Wärmeübertragern, große Wärmeübertragerflächen, kleine geförderte Massenströme, geringe Reibungs- und Strömungsverluste, Kältemittel mit hoher Saugdichte, hoher spezifischer Verdampfungsenthalpie und kleinem Druckverhältnis, optimierte Auslegung unter Berücksichtigung der Teillast sowie fachgerechte Installation und Wartung.

Energiesparziele der EU

Andrea Voigt, EPEE, stellte die EU-Energieziele und ihren Einfluss auf Supermärkte vor. Die EU 20-20-20-Ziele beinhalten die Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 20 %, die Steigerung des Anteils erneuerbarer Energien im Energiemix um 20 % und die Reduzierung des Energieverbrauchs um 20 %. Während die Ziele zu Treibhausgasemissionen und Erneuerbaren Energien erreichbar scheinen, hinkt die EU dem Energieeinsparziel bislang um gut 10 % hinterher. Die vor kurzem verabschiedete Energieeffizienzrichtlinie, aber auch die Ökodesignrichtlinie und Gebäudeeffizienzrichtlinie sollen Abhilfe schaffen. Für die Zukunft sind weitere Maßnahmen zu erwarten. So stellte die EU-Kommission vor kurzem ihr Grünbuch zur europäischen Energie- und Klimapolitik nach 2020 vor, zu dem auch eine europaweite Konsultation eingeleitet wird. Supermärkte sind sowohl von der bestehenden Gesetzgebung als auch von künftigen Energie- und Klimazielen direkt betroffen. Andrea Voigt rief die Betreiber dazu auf, diesen Trend als Chance nutzen – nicht nur um die EU-Ziele zu unterstützen, sondern auch aus ureigenstem Interesse, weil eine Reduzierung des Energieverbrauchs zwangsläufig auch mit Geldeinsparung einhergeht.

Lüftungsanlagen für Discounter

Lutz Krischausky, Wolf GmbH, präsentierte in seinem Referat die gesammelten Erfahrungen und Produktlösungen der Firma Wolf aus Mainburg für den Einsatz von hocheffizienten Lüftungsanlagen in Discounter-Filialen. Supermärkte benötigen gemäß Verkaufsstättenverordnung zur Sicherstellung von hygienischen Raumluftverhältnissen eine Raumlufttechnische Anlage zur Be- und Entlüftung. Sie müssen geheizt werden, allerdings braucht die Raumluft im mitteleuropäischen Klima kaum gekühlt und entfeuchtet werden.

Wolf Mainburg als Systemanbieter von Heizgeräten, Speicher-Warmwasserbereitern, RLT-Geräten (auch mit integrierten Kältemaschinen), Luftheizern und weiteren Komponenten der TGA bietet für Supermärkte speziell auf Kundenwunsch zugeschnittene und kostenoptimierte Systemlösungen an. Die Geräte sind mit hocheffizienter Wärmerückgewinnung ausgestattet, üblicherweise als Gegenstrom-Plattenwärmetauscher, bei sehr großen Luftmengen auch als Rotationswärmetauscher.

Die RLT-Geräte werden so geregelt, dass nur die tatsächlich benötigten Luftmengen gefördert werden – z.B. durch Messung der CO₂-Konzentration in der Raumluft. Es ergeben sich dadurch enorme Einsparungen beim Stromverbrauch für die Ventilatoren. Zur Beheizung der Eingangsschleusen oder des Kassenbereiches können Deckenluftheizer eingesetzt werden, die von einem Gas-Brennwertgerät mit Wärme versorgt werden können. Sollte ein Flachdach als Aufstellungsfläche zur Verfügung stehen, können die Funktionen Be- und Entlüftung mit hocheffizienter Wärmerrückgewinnung, Heizwärmeerzeugung, Warmwasserspeicherung (sofern benötigt) und ggf. Kälteerzeugung in einem auf dem Dach stehenden RLT-Gerät als Technikzentrale vereint werden.

Effizienzvergleich von 126 Märkten

Bernd Heinbokel, Carrier Kältetechnik, legte den Fokus seines Vortrags auf die Ergebnisse einer Energieeffizienzstudie in über 126 Verkaufsmärkten in Deutschland. Zuvor wies er noch einmal auf die Möglichkeiten des VDMA-Effizienz-Quickchecks hin (www.vdma-effizienz-quickcheck.org). Auf dieser Homepage können Supermarktbetreiber die Daten ihres Supermarkts eingeben und erhalten dann einen schnellen Benchmark, wie der eigene Markt im Vergleich zu anderen in Bezug auf den Energieverbrauch und die Energieeffizienz dasteht. Der VDMA-Effizienz-Quickcheck ermittelt eine Kennzahl Energiebedarf / Displayfläche x Jahr [kWh/ m²a], wobei durch entsprechende Korrekturfaktoren Einflüsse wie Öffnungszeiten, Klimaregion, Kühlmöbeltypen etc. berücksichtigt werden. Mehr als 500 Vergleichsmärkte von mehr als zehn Handelsketten sind dort schon hinterlegt. Eine Erkenntnis daraus: Seit Beginn der Datensammlung im Jahr 2004 konnte die Energieeffizienz im Schnitt um 6 % pro Jahr gesteigert werden – abhängig vom Jahr der Inbetriebnahme der Märkte. Gründe hierfür sind der zunehmende Einsatz von elektronischen Expansionsventilen, Glasdeckeln und -türen, EC-Ventilatoren, luftgekühlte Unterkühler, LED-Beleuchtung und CO₂-Anlagen.

In einer über die Daten des Quickchecks hinausgehenden Marktstudie wurden 126 Supermärkte untersucht. Zusätzlich zu den im Quickcheck erfassten Daten wurden die Energieverbrauchsdaten in Abhängigkeit des eingesetzten Kältemittels (R404A-Anlagen, R134a/CO₂-Kaskaden-Anlagen und CO₂-Booster-Anlagen) sowie des Verglasungsanteils der Kühlmöbel (maximale Verglasung, Teilverglasung, minimale Verglasung) untersucht. Das Ergebnis: Die CO₂-Booster-Anlagen sind im Schnitt um 13 % energieeffizienter als die R404A-Anlagen, die R134a/CO₂-Kaskaden-Anlagen um 7 % effizienter als die R404A-Anlagen. Die maximale Verglasung bringt im Vergleich zur minimalen Verglasung eine Energieersparnis von 10 %, die Teilverglasung schneidet 6 % besser ab als die minimale Verglasung. Auch die Verflüssigung gegenüber Brunnenwasser statt gegenüber Luft wurde untersucht. Hier ließen sich aber keine Effizienzgewinne feststellen.

Indirekte Emissionen berücksichtigen

Arndt Rolles, Daikin, verglich in seinem Referat die direkten und indirekten Emissionen sowie die Betriebskosten verschiedener Anlagenkonzepte. Er bemängelte, dass in vielen Betrachtungen zu den Auswirkungen von Supermarkt-Kälteanlagen auf den Treibhauseffekt das Augenmerk zu stark auf die direkten Emissionen gelegt würde. Dabei hätten die indirekten Emissionen – also die CO₂-Emissionen, die durch den Betrieb der Anlage erzeugt werden – über den gesamten Lebenszyklus der Kälteanlage gesehen einen höheren Einfluss. In diesem Zusammenhang stellte er die Daikin-System „ZEAS“ (VRV-Anlage zur Normal- und Tiefkühlung) und „Conveni-Pack“ vor. Das „Conveni-Pack“ integriert Normal- und Tiefkühlung sowie Klimatisierung, Beheizung und Belüftung in einer Systemlösung. Sämtliche Komponenten des Sys­tems sind nahezu steckerfertig konzipiert, was den Installationsaufwand reduziert. Das modulare System arbeitet mit einem invertergeregelten Außengerät. Nach Berechnungen von Daikin ist der Inverter-Verbund bei der Gesamtbetrachtung der direkten und indirekten Emissionen das umweltverträglichste System für einen Supermarkt. Und auch für den Supermarkt-Betreiber rechne sich das System bei den Betriebskosten deutlich. Dies zeigte er in mehreren Fallstudien mit konkreten Zahlen auf.

Marktumbau rechnet sich

Jens Segebrecht, Inhaber eines Edeka-Marktes in Hannover, berichtete über den Umbau seiner Filiale (650 m² Fläche), bei der neben der Inneneinrichtung auch die komplette Gebäudetechnik modernisiert wurde. Im Bereich der Kälte-, Klima- und Heizungstechnik setzte der Unternehmer auf die „Conveni-Pack“-Lösung von Daikin. Es gibt eine zentrale Kälteerzeugung für die Lebensmittelkühlung (Kühlmöbel, Bedientheken und Kühlräume) mit Wärmerückgewinnung und Marktklimatisierung. Der Markt wird mit der Abwärme aus der Kälteanlage komplett beheizt sowie der Verkaufsraum klimatisiert – ein besonderer Vorteil gegenüber dem Ist-Zustand vor dem Umbau. Zuvor hatte es im Verkaufsraum im Sommer zeitweise Temperaturen von über 25 °C gegeben, was sowohl der Verkaufsatmosphäre als auch der Produktqualität abträglich war. Im Vergleich zu der Zeit vor dem Umbau konnten die Jahresstromkosten um über 16 000 Euro, die jährlichen CO₂-Emissionen um 90 Tonnen gesenkt werden, obwohl die Kühlfläche erweitert wurde und die Ladenklimatisierung ergänzend hinzu kam. Positive Nebeneffekte des Umbaus: Die Krankheitsquote der Mitarbeiter ist gesunken, die Kundenzufriedenheit und der Umsatz gestiegen. Der Umbau des Edeka-Schlemmermarktes Segebrecht in der Innenstadt von Hannover wurde vom „Wirtschaftskreis Hannover“ 2012 mit dem Preis für „Unternehmerische Eigeninitiative“ ausgezeichnet. Das gesamte Bauvorhaben wurde von der BAFA gefördert.

Daten und Fakten zum Energieverbrauch im Einzelhandel

Ljiljana Rakita, EHI Retail Institute, gab einen Überblick über die aktuellen Daten und Fakten zum Energiemanagement im Einzelhandel. Nachdem die Energiekosten in den zurückliegenden Jahren nur einen Weg kannten, nämlich den nach oben, hat die Mehrheit der vom EHI Retail Institute befragten Unternehmen für 2012 im Vergleich zum Vorjahr stabile Energiekosten zu verzeichnen. Die Händler schreiben diesen Umstand insbesondere der nur minimalen Erhöhung der EEG-Umlage in 2012 zu. Ein weiterer Faktor, der die Situation vorteilhaft beeinflusste, war der sehr günstige Einkaufspreis für Strom im Jahr 2012. Trotz dieser positiven Rahmenbedingungen rechnen 83 % der befragten Unternehmen für die nächsten Jahre mit steigenden Energiekos­ten. Der dabei erwartete Anstieg beläuft sich auf 11,4 %. Hauptgrund hierfür ist die EEG-Umlage, die für 2013 um 47 % auf das Rekordniveau von knapp 5,28 Cent/kWh gestiegen ist; aber auch längere Öffnungszeiten der Märkte wirken sich aus. Dadurch gerät der Einzelhandel gleich zweifach unter Druck: Zum einen sieht er sich selbst steigenden Energiekosten gegenüber, zum anderen muss er eine Konsumzurückhaltung seiner Kunden verkraften, denen durch die steigenden Energiepreise Kaufkraft entzogen wird. Die Kosten zu senken und die Wirtschaftlichkeit zu steigern, ist auch im Lebensmittelhandel von entscheidender Bedeutung. Denn der Energieverbrauch eines Handelsunternehmens wirkt sich nicht nur auf die Umwelt aus. Angesichts der niedrigen Margen und des Preisdrucks in der Branche ist ein niedriger Energieverbrauch auch ein entscheidender Wettbewerbsfaktor. Bei den befragten Lebensmittelhändlern stehen insbesondere Maßnahmen zur Energieoptimierung im Bereich Kältetechnik im Fokus, da dieser Bereich mit 41 % den größten Energieverbraucher darstellt. Diese Maßnahmen haben längst den Status von Pilotprojekten verlassen, was die hohen Umsetzungsgrade zeigen. Der Einsatz von geschlossenen Kühlstrecken (Decken, Türen, Nachtrollos etc.) im TK-Bereich und von Systemen zur Wärmerückgewinnung ist bei allen befragten Unternehmen Standard. Eine immer größere Bedeutung gewinnt auch der Einsatz von LED-Leuchten in Kühlmöbeln. 43 % der Märkte nutzen CO2 für die Tiefkühlung und R134a für die Normalkühlung, 31 % nutzen CO₂ für Tief- und Normalkühlung, 26 % verwenden konventionelle Kältemittel wie R404A und R134a.

CO₂ als Kältemittel mit Wärmerückgewinnung kombiniert

Daniel Strauch, Danfoss, stellte in seinem Referat eine ökonomische und ökologische Betrachtung des Kältemittels CO₂ vor. Für ihn ist CO₂ ein hervorragendes Kältemittel für Supermärkte – vor allem dann, wenn durch Wärmerückgewinnung die Abwärme der Kälteanlage zu Heizzwecken genutzt wird und so auf zusätzliche Gas- oder Ölheizung verzichtet werden kann. Die traditionellen Nachteile von CO₂ wie hohe Drücke und Temperaturen würden sich beim Einsatz einer Wärmerückgewinnung in Vorteile verwandeln. Die Eigenschaften von R744 als Kältemittel, gerade im transkritischen Bereich, bieten nach Auffassung von Daniel Strauch ideale Möglichkeiten die Heizenergie zu nutzen und somit für den Entfall einer konventionellen Heizung zu sorgen. Grundvoraussetzung sind Systeme, die die neuen Anforderungen optimal koordinieren und steuern. Am Fallbeispiel eines Supermarktes in Dänemark zeigte Daniel Strauch deutlich auf, wie viel Einsparungen möglich sind, wenn die Gebäudeheizung über die Kälteanlage realisiert wird. Im Vergleich zu einem R404A-System mit zusätzlicher Gasheizung konnten mit dem CO₂-Boostersystem mit Wärmerückgewinnung 34 % der CO₂-Emissionen eingespart werden; die Kosten sanken um 28 %.

Niedrig-GWP-Alternativen zu R404A

Joachim Gerstl, DuPont, informierte die Teilnehmer des Symposiums über neue Kältemittel-Alternativen für R404A mit niedrigem Treibhauseffekt (GWP). Vor dem Hintergrund des hohen umweltpolitischen Drucks auf die F-Gase – vor allem R404A und R507 stehen auf der Abschussliste – wird von den Kältemittel-Herstellern intensiv nach Alternativen mit niedrigem GWP gesucht. Mit großer Sicherheit muss sich die Branche auf eine phasenweise Reduzierung der in den Markt gebrachten Mengen an HFKW-Kältemitteln einstellen. In der Diskussion ist eine Reduzierung der CO₂-Äqivalente um 79 % bis zum Jahr 2030 (Basisjahr mit 100 % ist 2015). DuPont erforscht intensiv die Eigenschaften der Kältemittel DR7 und DR33 (dies sind noch Entwicklungsnamen, DR = DuPont Refrigerant). DR7 ist ein schwer entflammbares Kältemittelgemisch aus R32/R1234yf und einem GWP von 246. Es ist einsetzbar für R404A-Systeme mit kleineren Füllmengen (Gefriergeräte, -vitrinen, Verflüssigungssätze), bedingt jedoch noch modifizierte Normen und Standards. DR33 ist ein nicht brennbares Kältemittelgemisch aus R32/R125/R134a/R1234yf mit einem GWP von 1410. Es ist einsetzbar für alle Supermarktsysteme – vor allem dann, wenn Nichtbrennbarkeit gefordert ist. Es könnte auch für Umstellungen von bestehenden R404A-Anlagen eingesetzt werden. Tests zur thermischen Stabilität und zur Mischbarkeit mit POE-Ölen haben beide Kältemittel bestanden. Sie sind auch zu R404A vergleichbar in Bezug auf Leistung, Energieeffizienz, Drücke und Verdichtungsverhältnis.

Energieeffiziente ALDI-Süd-Filiale

Nicholas Rehault, Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme, berichtete über das Monitoring eines energieeffizienten Supermarkts von ALDI Süd in Rastatt. Das Energiekonzept dieses Supermarktes zeichnet sich durch eine Kombination zahlreicher Einzelmaßnahmen in den Bereichen der Kälteerzeugung, der Beleuchtung, der Kühlmöbel, der Gebäudehülle sowie der Haustechnik aus. Mittels eines Simulationsmodells konnten Ziele zur Reduktion des Energieverbrauchs des gesamten Supermarkts und der einzelnen Gewerke gegenüber dem Verbrauch eines konventionellen Supermarkts definiert werden. Diese Ziele sollten während der Monitoringphase validiert werden. Nicholas Rehault machte deutlich, dass Energieeffizienz in Supermärkten vor allem durch eine effiziente Bereitstellung der benötigten Gewerbekälte und durch die Nutzung von Potenzialen zur Wärmerückgewinnung und Abwärmenutzung erreicht werde. Sowohl die Kälteerzeugung als auch die Kühlmöbel wurden bei der neuen Filiale hinsichtlich energetischer Kriterien ausgewählt und entwickelt. Weiterhin wurden Dachkuppeln mit einem hochreflektierenden Microraster im Scheibenzwischenraum der Wärmeschutzverglasung eingesetzt. Dies gewährleistet eine gute Lichtausbeute und gleichzeitig den nötigen Sonnenschutz. Beim Kunstlicht wurde neben dem Einsatz hocheffizenter Leuchtmittel eine tageslichtabhängige Regelung realisiert.

Im Mittelpunkt des Energiekonzepts steht ein geothermisch gestützter CO2-Kälteverbund, der durch eine konsequente Abwärmenutzung alle Energiedienstleistungen im Bereich Wärme und Kälte abdeckt. Dadurch konnten die sonst üblichen Versorgungsanlagen wie z.B. ein Gaskessel zur Beheizung und ein Klimagerät zur Kühlung des Supermarktes entfallen.

Ein Schwachpunkt von CO2-Kälteanlagen sei, dass sie im Falle eines außenluftgekühlten Gaskühlers bei hohen Außentemperaturen deutliche Einbußen bei der Leistungszahl aufwiesen. Im Projekt werde dieser Effekt durch die Kombination mit einer Geothermieanlage zur zusätzlichen Unterkühlung des Kältemittels reduziert. Das laufende Energiemonitoring ermögliche es Optimierungspotenziale zu identifizieren und effiziente Teilbereiche des Energiekonzeptes zu zeigen, die bereits in einer neuen Filiale implementiert worden sind. Gegenüber einer Standard-Filiale von ALDI Süd konnte der Primärenergieverbrauch um 23 % gesenkt werden.

Vermeidung von Verschwendung

Dr. Roland Kopetzky, ennovatis GmbH, schloss den Vortragsreigen des Supermarkt-Symposiums mit einem Bericht Energiecontrolling für ein wirtschaftliches Energiemanagement. Seine Erfahrungen zeigen, dass mit moderner Mess-, Steuer- und Regelungstechnik und gewerkeübergreifenden Gebäudemanagementsystemen Einsparungen von 15 % und mehr allein über eine konsequente Betriebsoptimierung und die Beachtung der drei „V“ (Vermeidung Von Verschwendung) möglich sind – und das mit der bestehenden Anlagentechnik und Gebäudestruktur. Ein weiterer Effekt ist, dass über die Auf- und Nachrüstung von Bestandsanlagen eine systematische Automatisierung und Zentralisierung der gebäudetechnischen Gewerke wie Beleuchtung, Heizung und Klimatisierung möglich wird und damit zusätzliche Einsparungen durch die Vermeidung von Bedienfehlern erzielt werden.

Das nächste Supermarkt-Symposium findet am 3. April 2014 wieder im Maritim Rhein-Main Hotel in Darmstadt statt. Merken Sie sich den Termin schon einmal vor!