Eine Publikation der Binkert Medien AG
Branchenfokus: Ausgabe 01-02/2016, 08.02.2016

Energiesparend kühlen

Kälteanlagen gehören mit zu den grössten Kostenfallen in der Lebensmittelindustrie. Eine clevere Planung hilft Betrieben, optimal zu kühlen und dennoch Kosten und Energie einsparen zu können.

Autor: Redaktion

Bilder: Instaplan AG

Kaum ein Industriebereich ist so stark von kontrollierten Umgebungsbedingungen abhängig, wie die Lebensmittelindustrie. Die Einhaltung der Kühlkette – von der Produktion bis hin zum Verkauf im Detailhandel – ist für die Lebensmittelsicherheit und die hohe Produktqualität zwingend notwendig. Doch kontrollierte Bedingungen können recht kostenintensiv sein, vor allem, wenn es den Kühl- und Tiefkühlbereich betrifft. Mit der optimalen Planung können Betreiber von Kälteanlagen nicht nur exakte Temperaturen fahren, sondern auch noch Geld einsparen und die Umwelt schonen.

Optimale Energieeffizienz.

Das Problem jedes Projekts ist das Budget, das meistens knapp bemessen ist und daher Verantwortliche nach Einsparpotenzialen suchen lässt. Oft geschieht das auf Seiten der Planung, was jedoch fatale, beziehungsweise kostspielige Folgen haben kann. Nämlich dann, wenn die ausgewählte Kälteanlage, die auf den ersten Blick als kostengünstige Variante erschien, Folgekosten verursacht, die weit mehr das Budget belasten als die Investition in eine vermeintlich teurere Anlage. Energieingenieure, wie Björn Schattschneider von Instaplan, kennen diese Problematik genau und wissen worauf sie achten müssen: «Oftmals vergessen Unternehmen, bereits am Anfang die Art der Kälteerzeugung zu betrachten. So spielen hier gesetzliche Vorschriften eine grosse Rolle, unter deren Berücksichtigung, Betreiber die die Anlage gestalten, die für ihre Bedürfnisse und Nutzung, bereits vorhandener Ressourcen, am besten passt. So ist es beispielsweise in der Schweiz zwingend erforderlich, ab einer bestimmten Leistung Kältemittel mit einem GWP (global warming potential) gegen null einzusetzen. Diese sind aktuell meist natürliche Kältemittel.» Dann kommt es noch auf die Art und Weise der Kältebereitstellung an. Grundsätzlich kann eine Kälteanlage zentral oder dezentral angelegt sein. Bei dezentralen Anlagen müssen Betreiber beachten, dass es zwischenzeitlich zu einem hohen Strombedarf kommen kann, wenn mehrere Kühlzellen gleichzeitig Kältebedarf anmelden. Diese Leistungsspitze liesse sich entweder durch ein Spitzenlastenmanagement oder durch eine zentrale Kälteanlage eliminieren.

Das Spitzenlastmanagement spart zwar keine Energie, ist aber in der Lage Geld zu sparen, wenn die Kälteanlagen gekoppelt sind und auf diese Weise miteinander kommunizieren. «Das Prinzip dazu ist sehr einfach. Jede Kühlzelle bewegt sich in einer gewissen Toleranz. Meldet eine Kühlzelle Kältebedarf an und eine zweite ebenso, ist aber vom oberen Maximum noch weit entfernt, dann erhält erst die Zelle Kälte, die den grössten Bedarf hat. So fängt die zweite Kältemaschine verzögert mit dem Kühlen an. Dadurch lässt sich der Leistungsbedarf von zwei Maschinen wieder auf eine Maschine reduzieren und auch der maximale Leistungsbezug erheblich senken.»

Bei einer zentralen Kälteanlage ist der Leistungsbezug von vornherein geregelt, da die Gleichzeitigkeit bereits berücksichtigt ist und die Anlage generell auf einem tieferen Niveau fährt. Zen-trale Kälteanlagen sind meist bedarfsgesteuert und mehrstufig geregelt, oder mit einer Frequenzumformerregelung ausgestattet. Ob eine zentrale oder dezentrale Lösung besser ist, hängt vom Unternehmen ab. «Dezentrale Anlagen sind dann sinnvoll, wenn beim Kunden schon Kühlzellen im Betrieb sind und kein Neubau geplant ist. Eine Umstellung auf eine zentrale Kälteanlage wäre sehr kostspielig. Ist jedoch beispielsweise ein Neubau geplant, dann empfiehlt sich eine zentrale Anlage, da die Investition ohnehin anfällt. Um die optimale Entscheidung zu treffen, ist es ratsam einen Planer mit einzubeziehen, denn dieser kann zwischen Betreiber und Anlagenbauer als Schnittstelle fungieren und das optimale Konzept für den Kunden aufbauen», so der Fachmann.

Auswahl des Kältemittels.

Die Wahl des Kältemittels hängt zum einen von der Kühltemperatur und zum anderen von der Leistung der Kälteanlage ab, sprich wie gross der Kältebedarf ist. Wenn der Kältebedarf im Industriesektor unter 400 kW liegt, dürfen Betreiber die meisten gesetzlich erlaubten Kältemittel nutzen. Ab einer Leistung von 400 kW schreibt das Gesetz die Verwendung natürlicher Kälte zwingend vor. Ersatzweise sind auch die neuen Kältemittel HFO 1234 zugelassen. Teilhalogenierte Fluor-Olefine (HFO) sind für Anlagen mit mehr als 3 kg Kältemittel zulässig. Bei der Wahl des Kältemittels müssen Unternehmen auf den GWP-Wert achten, denn die Klimaerwärmung darf nicht aufgrund der Kältemittelnutzung forciert werden. «Die Nutzung der synthetischen Kältemittel HFO 123 ist gerade in aller Munde, deren GWP-Werte zwischen 4 und 6 liegen und damit recht niedrig sind. Doch dafür gibt es im Industriemassstab noch keine Langzeiterfahrung. Darüber hinaus sind Betreibern, die ihre Anlagen für die Produktion nutzen, neuartige Kältemittel erst dann zu empfehlen, wenn sich diese bewährt haben. So sind derzeit nur wenige Anlagen mit HFO als Kältemittel im Einsatz und diese Anlagen auch erst seit wenigen Jahre», erklärt der Spezialist.

Kälteproduktion erzeugt Wärme.

Bei der Konzeption der Kälteanlage raten Profis auch auf die Nutzung der Abwärme zu achten, die bei der Kälteerzeugung unweigerlich entsteht. Wärmerückgewinnungsanlagen sind daher schon lange im Einsatz. Ob sich Betreiber für eine zentrale oder dezentrale Anlage entscheiden, kann auch von der Wärmerückgewinnung abhängig sein. Bei einer zentralen Anlage brauchen Betreiber nur eine Wärmerückgewinnungseinheit. Bei dezentralen Anlagen ist pro Kälteanlage eine Rückgewinnungseinheit nötig. Das kann bei mehreren Anlagen schnell eine hohe Investition bedeuten.

Die Abwärme lässt sich am einfachsten zum Heizen von Räumen nutzen. Doch auch hier gibt der Fachmann einiges zu bedenken: «Die herkömmliche Methode zum Verteilen der Wärme sind Heizkörper, sogenannte Radiatoren. Das Problem dabei ist die Grösse der Heizkörper, die wir in Bezug zur Grösse des Raumes und der Wandfläche betrachten müssen. Wegen des Platzbedarfs ist der Heizkörper meist, bezogen auf die Gesamtfläche, klein dimensioniert. Für die Wärme heisst das, dass ein Heizkörper höhere Vorlauftemperaturen haben muss, um grosse Volumina heizen zu können. Ist ein Raum jedoch mit einer Bodenheizung oder Heizelementen, den sogenannten TABS ausgestattet, dann ist für die Wärme eine geringere Vorlauftemperatur nötig. TABS sind Bauteile, mit denen sich Betonböden aufwärmen lassen, die eine grosse Fläche zur Wärmeverteilung aufweisen, ähnlich wie eine Bodenheizung. Diese nutzen die gesamte Bodenfläche zur Wärmeabgabe.» Bei beiden Heizmethoden können Unternehmen mit niedriger Temperatur fahren, da sie grosse Flächen nutzen können, um die Wärme zu verteilen.

Im Bezug auf die Kälteanlage bedeutet der Einsatz von Heizkörpern einen höheren Energieaufwand, da der Verdichter das Kältemittel stärker verdichten muss, um eine höhere Abwärmetemperatur zu erreichen. Sind jedoch Bodenheizungen oder TABS verbaut, reicht der normale Betrieb der Kältemaschine aus, um die anfallende Wärme zu verteilen. Unternehmen fahren mit Bodenheizungen oder TABS energetisch also günstiger. Oft vergessen Betriebe im Zuge einer Abwärmenutzung zudem ein intelligentes Speicherkonzept einzuplanen. Denn Abwärmeanfall und -nutzung sind oft nicht gleichzeitig.

Was für Büroräume gilt, ist auch für Produktionsstätten gültig. Oftmals müssen Mitarbeiter in nicht aktiv gekühlten Bereichen arbeiten, wenn sie beispielsweise Produkte, die mit -1 °C direkt aus dem Kühllager kommen sortieren oder konfektionieren. Hier kühlt der Raum durch die Produkte automatisch ab. So sind TABS oder Bodenheizungen auch in diesen Bereichen sinnvoll, denn sie wirken dem Absinken der Kälte entgegen. Damit erhöhen sie nicht nur das Wohlbefinden der Mitarbeiter, sondern wirken auch Temperaturschwankungen entgegen, die zur Anfälligkeit der Kühlung führen können.

Vergessene Potenziale.

Bei der Energie- und damit Kosteneinsparung gibt es in vielen Unternehmen Potenziale, die sie einfach übersehen. So zum Beispiel Volumina. «Es ist oft so, dass Betriebe Hallen bauen, in denen sie nur die Bodenfläche nutzen aber 3/4 des Hallenvolumens – aufgrund der Hallenhöhe – ungenutzt bleibt. Doch dieses Volumen schluckt Energie. Daher ist es sinnvoll darüber nachzudenken, ob Betriebe nicht einen Zwischenboden einsetzen. Damit lässt sich das Volumen reduzieren, das ansonsten ungewollt geheizt wird», so der Fachmann.

Auch der Wasserverbrauch birgt ein grosses Einsparpotenzial. So zum Beispiel wenn Unternehmen Wasserstrassen für den Transport der Ware, wie etwa Äpfel, nutzen. Bei einem Transport über Förderbänder würden Früchte unweigerlich anstossen und anecken, was zu Druck- und folglich zu Faulstellen führt. Wasser- strassen hingegen fördern Äpfel und Birnen schonend, brauchen jedoch viel Wasser, wenn durch Überschwappen der Wasserpegel sinkt und wieder aufgefüllt werden muss. Durch einfaches Erhöhen der Überläufe lässt sich dieser Wasserverlust drastisch reduzieren und auch das Nachspeisen von Frischwasser enorm verringern. Damit ist Wasser ein grosser Kostenhebel, der sich oftmals mit einfachen Massnahmen positiv nutzen lässt. Zudem sollten Unternehmen prüfen, ob sie die Abwärme nicht besser in die Produktionsprozesse einbinden können. Diese laufen ganzjährig, wohingegen sie nur 60 Prozent des Jahres heizen. Der Spareffekt wäre drastisch höher.



Weitere Informationen:
Instaplan AG
www.instaplan.ch




Eine Bodenheizung oder TABS verbessern das Wohlbefinden der Mitarbeiter