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Kälte- und Lufttechnik: Ausgabe 10/2016, 03.10.2016

Kältetechnik im Wandel

Lange Zeit galten synthetische Kältemittel als Mittel der Wahl, doch das hat sich mittlerweile aus klimaschutzrechtlichen Gründen geändert. Die Kombination aus natürlichem CO2 und innovativer Technik erzeugt erstaunliche Ergebnisse.

Autor: Redaktion

Bilder: FRIGO-CONSULTING AG

Lebensmittel zu kühlen, ist schon seit der Antike eine gängige Methode zur Haltbarmachung von Lebensmitteln. Doch seit dieser Zeit hat sich einiges geändert und vor allem verbessert. So ist es heutzutage nicht mehr nötig, die Kälte durch Eis zu erzeugen. Moderne Kälteanlagen produzieren die gewünschten Temperaturen mit Kältemitteln. Die lange Zeit verwendeten synthetischen Kältemittel galten als optimal, doch sind sie wegen ihrer klimaschädigenden Wirkungen teils nur noch mit Einschränkungen erlaubt oder komplett verboten. Eine umweltfreundliche Alternative sind natürliche Kältemittel wie Kohlendioxid, Ammoniak, Wasser und Luft. Moderne Kälteanlagen arbeiten beispielsweise mit Kohlendioxid und sind immer öfter in der Lebensmittelbranche vertreten.

The new generation.

Ein innovatives Beispiel einer transkritischen CO2-Anlage ist die Pilotanlage in Bulle, die mit mehreren Ejektoren ausgestattet ist. «Wir hatten vor vier Jahren eine Chance gesehen, die Anlage energetisch besser zu betreiben. So haben die Kollegen in unserer Forschungs- und Entwicklungsabteilung zusammen mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft überlegt, wie sie die Kälteanlage noch effizienter machen können. Und so ist die Anlage bei Migros Bulle entstanden», erklärt Paul Du Toit, Geschäftsleiter von Frigo-Consulting.

Die Kombination des Kältemittels CO2 mit Ejektoren verhilft der Anlage zu einer höheren Effizienz. «In den ersten Betriebsmonaten haben wir einen Effizienzgewinn zwischen 10 und 15 Prozent festgestellt. Das verhilft dem Kältemittel CO2 zu zusätzlicher Attraktivität auch in südlichen Regionen», so der Fachmann.

Die Bezeichnung «transkritisch» bedeutet keineswegs, dass es sich hier um einen heiklen, respektive kritischen Prozess handelt, sondern bezieht sich bei der Kältetechnik mit CO2 auf den Kälteprozess. Dieser «umkreist» physikalisch gesehen den kritischen Punkt von CO2 bei hohen Aussentemperaturen. Dabei erfolgt die Wärmeabgabe über und die Wärmeaufnahme (Kühleffekt) unter dem kritischen Punkt von +31°C. Die ebenso gebräuchliche Bezeichnung «full CO2» ist hier wohl die verständlichere Wahl, denn es bezieht sich auf das Kältemittel, dessen Vorteile für sich sprechen.

Für viele Anwendungen vorteilhaft.

Die transkritische Kälteanlage ist sowohl für Tiefkühlbereiche geeignet als auch für Kühlungen im Plusbereich. Sie hilft auch Energie einzusparen und die Lebenszykluskosten zu reduzieren. Gleichzeitig liegt der CO2-Ausstoss während der Lebensdauer deutlich unter demjenigen herkömmlicher Anlagen und führt zu einem hohen betriebswirtschaftlichen Nutzen und ist auch für die Umwelt besser. So bedeuten tiefere Lebenszykluskosten beispielsweise tiefere Investitionskosten, tiefe Betriebskosten, kein Kostenrisiko bei möglicher Kältemittelknappheit oder eventueller Kältemittelsteuer.

Hinsichtlich der Sicherheit bietet CO2 wesentliche Argumente. So ist das Kältemittel nicht toxisch und nicht brennbar. Zudem besitzt Kohlendioxid kein ozon-abbauendes Potenzial und ist sowohl ein bekanntes als auch ein natürliches Kältemittel.

Von der Pilotanlage zum Standard.

In der Migros-Filiale Bulle diente eine -33°C kalte Kühlflüssigkeit zur Abkühlung der Tiefkühltruhen auf -20°C. Bei den Kühlregalen genügt eine Kühlflüssigkeit von -8°C, um die Wunschtemperatur von 0 bis 7°C herzustellen. Dank der transkritischen Anlage mit Ejektoren konnten die Fachleute die Temperatur der eingesetzten Kühlflüssigkeit von -8 auf -2°C erhöhen und erreichen trotzdem die Wunschtemperatur von 0 bis 7°C. Dank der wenig tieferen Temperaturen spart das Unternehmen deutlich an Energie ein.

Doch das war erst der Anfang. Diese Technik bietet noch viel Spielraum zur Verfeinerung und zu weiteren Energieeinsparungen. So ist im Herbst 2014 ein Folgeprojekt in der Migros Ibach entstanden. «Hier haben wir die Erkenntnisse aus Bulle optimiert und die Anlage weiterentwickelt. So haben wir statt drei, jetzt fünf Ejektoren eingebaut und eine bessere Abstufung als auch bessere Regelbarkeit erreicht. So können wir Leistungsschwankungen, die allein durch Jahreszeiten und Wochentage entstehen, besser planen und implementieren, sodass alle Betriebsbereiche abgedeckt sind. Denn der Sommerbetrieb verlangt andere Lasten als der Betrieb im Winter, ebenso wie die Teillast am Sonntag im Vergleich zur Vollast am Samstag. Beim Migros-Projekt Ibach haben wir eine Energieeinsparung von 20 bis 25 Prozent», so Du Toit.

Abgesehen von den positiven Effekten auf Kosten und Umwelt, spricht auch die Gesetzgebung für CO2-Kälteanlagen. Denn diese drängt Unternehmen in Richtung natürlicher Kältemittel. Die erfreuliche Steigerung der Effizienz ist nur ein Aspekt. «Vor allem muss die Anlage auch zu einem Payback führen», erklärt der Fachmann.



Weitere Informationen:
FRIGO-CONSULTING AG
www.frigoconsulting.ch




Der Ejektor kommt ohne bewegliche Komponenten aus und verhilft der Anlage zu einer höheren Effizienz

FUNKTIONSPRINZIP EJEKTOR

«Der Ejektor arbeitet nach dem Gesetz von Bernoulli. Es handelt sich im Prinzip um ein Rohr mit einem teilweise verengten Durchmesser. Aufgrund des physikalischen Gesetzes erzeugt eine strömende Flüssigkeit in einem verengten Rohr einen Unterdruck. Die Saugwirkung, die aufgrund des Unterdrucks entsteht, nutzt der Ejektor, um die noch flüssigen Teile des CO2 über eine Leitung zum Beginn des Kühlkreislaufs zu pumpen. Dort vermischt sich die Flüssigkeit mit dem übrigen CO2, unter Angleichung von Druck und Temperatur.» (Paul Du Toit)