Trends in der Kältetechnik
Effizienter, umweltfreundlicher, smarter
Der Trend, Kälte möglichst effizient und nachhaltig bereitzustellen, wird besonders vor dem Hintergrund eines Wandels der Energielandschaft die technologischen Entwicklungen in den kommenden Jahren entscheidend prägen. Vor allem in der Kältetechnik kurbeln die strengen Forderungen nach energieeffizienten und umweltfreundlichen Lösungen die Nachfrage nach neuen Technologien an, die sich an technisch-ökonomischen und ökologischen Zielen orientieren werden. Diese müssen auch auf globaler Ebene Kriterien wie die sich wandelnde Energieversorgungsstruktur sowie die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien technologisch optimal einbinden und gewinnbringend ausschöpfen können. Die Klima- und Kältebranche ist dabei nicht nur gefordert, geeignete Produkte zur Verfügung zu stellen, sondern auch Betreibermodelle zu entwickeln, die den gewachsenen, komplexen Aufgaben standhalten.
Vor allem die gesetzlichen Richtlinien zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen stellen Betreiber von Kältesystemen vor die zwingende Aufgabe, umweltschonende und nachhaltige Technologien einzusetzen. Dabei geht es nicht nur darum, die CO2-Emissionen zu verringern, die bei der Erzeugung der Antriebsenergie von Kältesystemen entstehen, sondern auch den direkten Einfluss der eingesetzten Kältemittel auf den Treibhauseffekt zu minimieren. Wie wichtig ein entschiedenes Vorgehen dabei ist, hat bereits das 1987 ausgesprochene Anwendungsverbot von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) und teilhalogeniertem Fluorchlorkohlenwasserstoff (H-FCKW) als Kältemittel gezeigt: Der ODP-Wert (Ozone Depletion Potential, Ozonabbaupotential) der global noch zugelassenen Kältemittel liegt inzwischen bei null (mit Ausnahme von R22, das regional noch angewendet werden darf). Auch das Treibhauspotential (GWP, engl. Global Warming Potential) hat sich durch diese Kältemittelumstellung erheblich verringert und macht heute nur noch weniger als 2 % der Gesamtemissionen klimaschädlicher Gase in der Europäischen Union aus. Diese Reduzierung wurde durch die Anwendung der fluorierten Kältemittel, wie z.B. R134a, möglich.
Eine noch umweltschonendere Alternative bieten zwar natürliche Kältemittel wie Kohlenwasserstoffe und Ammoniak, diese stellen aufgrund ihrer Brennbarkeit und/oder Toxizität aber ein gewisses Risiko dar und sind daher mit heutiger Technologie nicht ohne Weiteres universell einsetzbar. Unabhängig von dem eingesetzten Kältemittel spielt daher in Zukunft die Minimierung der Kältemittelfüllmenge und die Dichtheit der Anlagen eine zunehmend wichtigere Rolle. In den Vordergrund rücken somit verstärkt fabrikgefertigte, hermetische Kälteanlagen, die mit einer minimalen Kältemittelfüllung auskommen, die Gefahr von Leckagen durch konstruktive Lösungen minimieren und zusätzlich maximale Energieeffizienz bieten. Die Komponenten- und Verbindungstechnikauswahl sowie die Qualitätssicherung während der Fertigung haben dabei einen erheblichen Einfluss auf zukünftige Anlagen und deren Ausführung.
Auf den Bedarf abgestimmt
Eine weitere Rolle spielt auch die Anpassbarkeit der Kälteleistung an den jeweiligen Kältebedarf, der in Zukunft generell, z.B. durch bessere Isolierung, sinken wird. Gerade nicht kontinuierliche Industrieprozesse oder Kälteanwendungen mit schwankender Last bieten große Energieeinsparpotentiale. Eine intelligente Anlagensteuerung sorgt für die optimale Leistungsanpassung aller Komponenten und gewährleistet eine maximale Energieeffizienz bei unterschiedlichsten Lastbedingungen, die je nach Anwendung bis unter 10 % der Nennleistung fallen können. Bei einem Betrieb in Teillast lassen sich so zusätzliche Effizienzpotentiale der Anlage ausschöpfen. Voraussetzung für die effiziente Regelbarkeit ist die ganzheitliche Verschaltung der einzelnen Anlagenteile. Sie ermöglicht die optimale Abstimmung von Kälteerzeugung und -verteilung. Bei Anlagen größerer Leistung wird häufig eine Trennung zwischen den beiden Teilprozessen realisiert: Die Verteilung der Kälte wird dabei nicht mehr direkt vom Kältemittel übernommen, sondern erfolgt mithilfe eines Sekundärkreislaufs. Gleiches lässt sich für die Abgabe der Abwärme umsetzen, die beispielsweise über Rückkühler oder Abwärmenutzung erfolgen kann.
Um dies energetisch optimal realisieren zu können, muss das Gesamtsystem regelungstechnisch alle gestellten Anforderungen erfüllen, damit die Kältelösung zu jedem Zeitpunkt mit minimalem Primärenergieaufwand die erforderliche Kälteleistung erzeugt sowie verteilt und ein Optimum in Hinblick auf Energieeffizienz, Investitions- und Betriebskosten darstellt. Dafür werden künftig zunehmend ganzheitliche oder aber auch modellbasierte Regelungskonzepte eingesetzt, die diese Anforderungen im gesamten Einsatzgebiet einer Anlage stets gewährleisten.
Kälteanlagen im
intelligenten Stromnetz
Weitere Trends, die sich auch aus dem Wandel in der Energielandschaft ergeben, sind die Integration von Kälteanlagen in das Smart Grid sowie die sich dadurch ergebende Möglichkeit, Energie in Form von Wärme oder Kälte zu speichern. Mit der zunehmenden Umstellung auf regenerative Energien hängt die Verfügbarkeit elektrischer Energie immer mehr von äußeren Faktoren wie Wind oder Sonne ab. So wird es bei der Stromversorgung künftig zu stärkeren Schwankungen kommen. Das intelligente Stromnetz beugt dieser ungleichmäßigen Energieverfügbarkeit vor, indem der Betrieb von elektrischen Verbrauchern in Zeiten verlegt wird, in denen Stromüberschuss herrscht, und dieser daher auch zu dementsprechend günstigen Tarifen angeboten werden kann.
Darüber hinaus können die preisattraktiven Stromangebote dazu genutzt werden, Energie für stromarme und damit teure Hochtarifzeiten zwischenzuspeichern. Da sich Wärme und Kälte nur vergleichsweise langsam ausgleichen und sich im Gegensatz zu Strom relativ einfach speichern lassen, eignen sich insbesondere kältetechnische Systeme gut als Energiespeicher. Bei Energieüberschuss können sie den zusätzlichen Strom einfach aufnehmen und so dazu beitragen, das Stromnetz zu stabilisieren. Erste Kältelösungen, wie zum Beispiel der „Quantum“-Kaltwassersatz der Cofely Refrigeration GmbH, eignen sich bereits jetzt für einen derartigen Einsatz im Smart Grid.
Solche Maschinen sind dazu in der Lage, interne sowie externe Signale zur Leistungsanpassung zu erkennen und ihre Stromaufnahme dementsprechend anzugleichen. Betreiber profitieren so von einer hohen Wirtschaftlichkeit ihrer Anlage und tragen durch die intelligente Integration erneuerbarer Energien maßgeblich zum Umweltschutz bei.
Kälte-Contracting als
Treiber der Nachhaltigkeit
Ein energieeffizientes Gesamtkältekonzept, das alle technischen Möglichkeiten integriert, stellt weiterhin hohe Anforderungen an die Betreiberkompetenz. So erfordert der reibungslose Betrieb einer Kälteanlage nicht nur deren kontinuierliche Steuerung, sondern darüber hinaus auch die Überwachung und Wartung der Kälteanlage sowie ihrer Komponenten, um eine einwandfreie Funktion sicherzustellen. Dazu kommen weitere Aufgaben, die für Betreiber von Kälteanlagen gesetzlich verpflichtend sind. Hierzu zählen unter anderem wiederkehrende Unterweisungen, Gefährdungsbeurteilungen und Druckprüfungen oder aber auch das Prüfen von Fördermöglichkeiten und das kontinuierliche Bewerten von Energieeinsparpotentialen. Diese fachlich immer anspruchsvoller werdenden Betreiberaufgaben werden besonders bei großen und komplexen Anlagen mehr und mehr spezialisierte Dienstleister übernehmen. In einem „Rundum-Sorglos-Paket“ stellen sie Betreibern das Produkt Kälte in der richtigen Menge und Temperatur zuverlässig zur Verfügung und übernehmen gleichzeitig alle erforderlichen Wartungsarbeiten und gesetzlichen Betreiberpflichten auch durch Fernüberwachung und den Fernbetrieb der Kältemaschinen, -anlagen und deren Peripherie.
Nehmen Betreiber diese Dienstleistungen im Rahmen eines sogenannten Kälte-Contractings in Anspruch, ergeben sich weitere Vorteile: So bieten Contracting-Unternehmen – als kältetechnische Fachbetriebe – die kompletten Dienstleistungen mit festen Service Agreements zu kalkulierbaren Preisen an. Der Trend hin zum Kälte-Contracting wird die technologischen Weiterentwicklungen der Kältetechnik weiter beschleunigen und auf nachhaltige Weise fördern, da dann nicht mehr nur primär die Investitionskosten einen wesentlichen Einfluss auf die Ausführung einer Kälteanlage haben, sondern die Kosten über die gesamte Lebensdauer der Anlage betrachtet werden. So wird das Contracting zu einem wichtigen Treiber auf dem Weg zu einer nachhaltigen Kälteversorgung.
