Optimierte Wärmerückgewinnung von Kälteanlagen im Lebensmitteleinzelhandel
Perfektes Zusammenspiel von Kälte und Wärme
Die Welt hat sich seit Februar 2022 sehr verändert und der Preis für Energie ist sprunghaft angestiegen. Diese gestiegenen Energiepreise spürt nicht nur jeder private Verbraucher, auch in der Industrie und im Lebensmitteleinzelhandel macht sich diese Veränderung stark bemerkbar. Somit mussten und müssen sich die Kälte-, Klima-, Lüftungs- und Heizungstechnik an diese Veränderung anpassen, um in der entsprechenden Anwendung die Energien so effizient wie möglich einzusetzen oder sogar auf verschiedenen Wegen Energien aus Teilprozessen wieder zurückgewinnen. Diese Rückgewinnung von Energie ist in der Kältetechnik im Lebensmitteleinzelhandel schon seit Jahrzehnten bekannt: Bei der Wärmerückgewinnung (WRG) aus dem Kälteprozess wird die anfallende Wärme zur Heizung genutzt – effektiv umgesetzt wurde die WRG jedoch eher selten.
Mit den steigenden Energiepreisen wurde auch die Wärmerückgewinnung aus den Kälteanlagen der Supermärkte verstärkt nachgefragt. Hier hat Danfoss Climate Solutions eine sehr intelligente und auf den Lebensmitteleinzelhandel perfekt abgestimmte Lösung – die sogenannte Heat Recovery Unit (HRU) in Verbindung mit dem Verbundanlagenregler AK-PC 7xx.
Viele Kälteanlagen im Lebensmitteleinzelhandel werden mit dem natürlichen Kältemittel R744 (CO2) betrieben. Dieses Kältemittel hat unter anderem den Vorteil, dass hohe Temperaturen entstehen, die sehr effizient für die Erwärmung von Heiz- bzw. Trinkwasser genutzt werden können. Somit wird durch geringen Mehraufwand die Kälteanlage im Supermarkt zur Wärmepumpe.
Um die Kälteanlagen intelligent zu regeln, damit zu jederzeit das Optimum an Energie für das Heizwasser aus dem Kältekreislauf gezogen werden kann, bedarf es allerdings eines entsprechenden Reglers bzw. eines perfekten Zusammenspiels des Reglers der Kälteanlage auf der einen Seite und des Heizungsreglers der HRU auf der anderen Seite. Um die Kälteanlage bei steigendem Energiebedarf im Heizungskreis leistungsabhängig anzuheben, wird ein 0-10 V-Signal zur Ansteuerung genutzt. Hierbei sind der Heizungsregler der HRU (Reglertyp ECL) und der Verbundregler der Kälteanlage (Reglertyp AK-PC 7xx) ein perfekt eingespieltes Team. In engem Kontakt mit den dänischen Experten im Headquarter von Danfoss in Nordborg wurde die Software des HRU-Reglers ECL und des Verbundreglers aufeinander abgestimmt. Damit ist eine ausgezeichnete Anwendungskombination für Supermärkte bestehend aus Verbundregler zur Regelung von CO2-Booster-Systemen und ECL in der HRU entstanden.
Die Ansteuerung auf digitaler und analoger Ebene wurde verbessert und somit auch die Ansteuerung der WRG-Funktion im Verbundregler. Dies ermöglicht eine viel flexiblere Regelung der Heizwasser-Temperatur, die dem Betreiber für seine Anwendungen zur Verfügung steht. Ferner wurden in der neuen Version P501.13 der HRU-ECL-Regler Anpassungen in verschiedenen Datenpunkten und Regelungen vorgenommen. Hier lag der Fokus auf der optimalen Energiegewinnung aus dem CO2-System der Supermarkt-Kälteanlage und somit in der energetisch optimalen Regelung der Heizanwendungen des Kunden im Lebensmitteleinzelhandel.
Die neue Software-Version wurde über mehrere Wochen in drei bestehenden HRU-Systemen erfolgreich getestet. Beim Supermarktbetreiber V-Markt in Marktoberdorf, Schwabmünchen und Rottenburg wurden diese Anlagen mit dem neuen Software-Key ausgerüstet und zur maximalen Zufriedenheit des Markbetreibers in der Praxis eingesetzt.
Die Vorteile für den Kunden bezüglich der neuen Software-Version stellen sich wie folgt dar:
1. Effizientere Pufferspeicherbeladung über den CO2-Wärmeübertrager (CO2-WÜ):
Über 0-10 V-Steuersignale vom ECL für den Verbundregler wird ein optimaler Betrieb im Kühlsystem sichergestellt. Bei größerem Wärmebedarf gibt das Signal dem Verbundregler die Information, einen zusätzlichen Verdampfer/Wärmepumpe zuzuschalten.
Längere Laufzeiten und Nutzung der Wärmerückgewinnung über den CO2-WÜ. Durch die Laufzeitverlängerung wird der CO2-WÜ gleichmäßiger betrieben und weniger belastet (reduzierte Ein- und Ausschaltvorgänge im Vergleich zur älteren SW-Version).
Pufferspeicherbeladung auf höhere Temperaturniveaus.
Reduzierung der Wärmemenge, die über Lüfter an die Umgebung abgeführt wird.
2. Einhaltung der optimalen Temperaturdifferenz am CO2-WÜ, um eine bessere Performance zu gewährleisten: Optimierte Regelung der Austrittstemperatur des CO2-WÜ durch die Ladepumpe P3 unter Berücksichtigung der optimalen Temperaturdifferenz S2/S10 (s. Fließbild).
3. Einbindung einer zusätzlichen Wärmequelle als externe Wärmeversorgung. Mögliche Betriebsarten, die sich bei Bedarf automatisch einstellen:
Wärmeversorgung ausschließlich über die Wärmerückgewinnung / CO2-Betrieb
Wärmeversorgung durch den Mischbetrieb über CO2-Nutzung aus dem Pufferspeicher und der Wärmequelle
Wärmeversorgung allein über die Wärmequelle, bei sehr niedrigen Außentemperaturen
Sobald die Wärmequelle eingeschaltet wird, erfolgt eine Berechnung der Strömungsverteilung zwischen Wärmequelle und Pufferspeicher. Sie gewährleistet, dass stets ein ausreichend hoher Volumenstrom über M1 an F2 ausgeregelt wird.
4. Zusätzliche / weitere Features:
Potentialfreies ECL-Signal an den Verbundregler für die Wärmeanforderung
Potentialfreies Signal des Verbundreglers an den ECL für die Zuschaltung der externen Wärmequelle
Mit der Applikation P501.13 als Master können weitere ECL-Anwendungen (Slaves) angeschlossen werden, die typischerweise in einem Supermarkt benötigt werden, wie die Regelung von Heizkreisen, Trinkwasser und Belüftung. Der jeweilige Wärmebedarf wird über einem Datenbus übermittelt und vom Mastergerät (P501.13) ausgeregelt.
