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CO2 Auf dem VormarschMit R744 wird dänischer Supermarkt zu großer Zufriedenheitdes Betreibers gekühlt

Supermarkt in Dänemark

Geschäftsfeld: Gewerbe

Anwendung: Supermarktkühlung

Land / Ort: Dänemark / Koge

Kältemittel: CO2

Produkt: Gaskühler/Verflüssiger GVH

In den frühen siebziger Jahren fand Mario J.Molina heraus, dass Fluorchlorkohlenwasser-stoffe die für unser Überleben auf der Erdeunerlässliche Ozonschicht angreifen. Währenddiese Entdeckung anfänglich wenig Beachtungfand, ist diesbezüglich das Bewusstsein heu-te ganz anders ausgeprägt. Diese sogenanntenFCKW stoßen weltweit auf breite Ablehnung.Als saubere Alternative galten lange Zeit diehalogenierten Kohlenwasserstoffe (HFKW), diezwar keine oder nur geringe ozonabbauendeWirkung aufweisen, jedoch nach Meinung vie-ler Experten mit einem beträchtlichen Treib-hauseffekt zur Erderwärmung beitragen.

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Dieser Zusammenhang hat Staaten wie Ös-terreich und Dänemark zu weiter reichen-den Schritten veranlasst, als sie die europäi-sche F-Gase-Verordnung ohnehin schon für dienächsten Jahre vorsieht. Vor diesem Hinter-grund entstand in Kopenhagen, Dänemark, ei-ne der wohl innovativsten Kälteanlagen der Eu-ropäischen Union.

Gesetzliche Situation in Dänemark und Ös-terreich

In Dänemark wurde es mit Beginn des Jahres2007 Realität: für Neuinstallationen gilt nun,dass fluorierte Kohlenwasserstoffe in Kältean-lagen nur noch in Füllmengen bis 10 kg gestat-tet sind. Für Österreich wurde 2007 über eineFüllmengenbegrenzung für HFKW diskutiert,aber keine Richtlinie erlassen. Anlagen mit Käl-teleistungen, die größere Füllmengen erfor-dern, dürfen weiterhin mit natürlichen Kälte-mitteln wie zum Beispiel dem für kleine Leis-tungen noch unüblichen Ammoniak (R717),dem zwar technisch möglichen, aber brennba-ren Propan (R290) oder dem noch exotisch an-mutenden Kohlendioxid (R744) befüllt werden.Auch für HFKW gibt es keine Begrenzung.

Ob F-Gase oder natürliche Kältemittel in einerAnlage zum Einsatz kommen, ist in Dänemarkjedoch seit 01.03.2001 ein wichtiger Faktor füreine wirtschaftliche Kühlung, weil der dänischeStaat seitdem pro Tonne CO2-Äquivalent, dasin eine Kälteanlage eingefüllt wird, eine Steu-er von 13,50 € erhebt. Dieses CO2-Äquivalentwird als Global Warming Potential oder kurz alsGWP bezeichnet und drückt aus, welchen Bei-trag ein Stoff zum Treibhauseffekt leistet. AlsReferenz dient hierzu der GWP von CO2, derper definitionem mit 1 festgelegt ist.

Hierzu ein Beispiel: Eine Anlage soll mit 250 kgdes Kältemittels R404A befüllt werden. R404Ahat einen GWP-Wert von 3.800. Das bedeutet,dass eine Tonne R404A dieselbe Wirkung aufden Treibhauseffekt ausübt wie 3.800 TonnenCO2.

Also: 0,25 Tonnen • 13,50 €/(Tonne CO2) •3.800 Tonnen CO2=12.825 €

Also sind für jedes Kilogramm R404A 51,30 €zu entrichten.

Das sind natürlich beträchtliche Summen, diebei der Entscheidung, welches Kältemittel zumEinsatz kommt, bedacht werden müssen. Imvorliegenden Fall, so der zuständige Technikerder dänischen Firma Knudsen Køling, sei dieEntscheidung eindeutig zugunsten von CO2 alsKältemittel gefallen.

Knudsen Køling

Knudsen Køling ist ein mittelständisches Un-ternehmen in Køge/Dänemark. Das Unterneh-men bietet neben Kälteanlagenbau auch einkomplettes Sortiment an Kühlmöbeln und Tief-kühlmöbeln an. Die Kühlmöbel werden am Fir-menstandort in Køge hergestellt. Die erforder-lichen Verdampfer werden bei Einsatz von CO2

als Kältemittel mit elektronischem Expansions-ventil ausgestattet und in Edelstahlkühlmöbelintegriert.

Kühltheke im Supermarkt Super Best

Rechtzeitig in Position bringen für die Her-ausforderungen der nächsten Jahre

Bei Knudsen Køling hat man rechtzeitig dieWeichen in Richtung Zukunft gestellt. Währendmancherorts darauf gedrängt wurde, noch2006 eine geplante Kälteanlage fertig zu stel-len, um sie noch mit HFKW befüllen zu kön-nen, setzte man bei Knudsen bereits mit Erfolgauf die Alternative CO2. Hierzu waren im Vor-feld des Projekts einige technische Fragen zuklären, wie z. B.:

• Wie geht man mit dem hohen Druckvon CO2 um?

• Wie verfährt man am besten mit denRohrleitungen, damit das mit der Öl-rückführung funktioniert?

• Wie ist der Hochdruck zu regeln?

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• Was ist mit den hohen Verdichtungs-endtemperaturen?

Bei Knudsen Køling hat man diese Fragen nichtdem Zufall überlassen. Die Anlage wurde amFirmenstandort in Køge zum Test aufgebautund der optimale Betriebspunkt der Anlagebei transkritischem Betrieb experimentell er-mittelt. So ist es jetzt möglich, die Anlage zu je-dem Zeitpunkt im energetisch günstigsten Be-triebspunkt zu betreiben.

Anlagenkältemittel: CO2

Das System

Graphische Darstellung der Kältekreise

Das System besteht im Prinzip aus zwei Kälte-kreisen, die thermisch durch einen Plattenwär-meaustauscher miteinander gekoppelt sind.

So entstehen drei Temperaturniveaus, von de-nen zwei genutzt werden und das dritte, höchs-te, für eine zuverlässige Wärmeabfuhr aus derKälteanlage sorgt:

• Verdampfung bei –28 °C. Dieses Tem-peraturniveau wird in den Tiefkühlmö-beln und in den im Untergeschoss desGebäudes befindlichen Tiefkühlkam-mern benötigt. Die Lufttemperatur be-trägt in diesen Bereichen –20 °C.

• Verflüssigung und Verdampfung in ei-nem Plattenwärmeaustauscher bei –10 °C. Bei –10 °C Verdampfungstem-peratur werden die Verdampfer in denKühlräumen und Kühlmöbeln für ei-ne Lufttemperatur im Plusbereich ver-sorgt.

• Verflüssigung bzw. Gaskühlung, jenach Umgebungstemperatur.

S-GVH-Gaskühler/Verflüssiger mit paarweiseauf Reparaturschalter verdrahteten Ventilatoren

Auf der Hochdruckseite dieser Kaskade sorgtein Verdichterverbund, bestehend aus neunVerdichtern, für eine dosierbare Kälteleistungvon insgesamt 100 kW. Hinzu kommt ein Ver-dichterverbund von 4 Verdichtern mit einerGesamtkälteleistung von 50 kW für die Tief-kühlstufe. Häufig werden Verbundkälteanlagenauf Verdampfungstemperaturen von –15 °Cbeziehungsweise –35 °C für die TK-Stufe aus-gelegt. Jedoch ist die Auslegung bei höherenVerdampfungstemperaturen für den Betreibermit großen Vorteilen verbunden, die sich imBetrieb stark bemerkbar machen. Durch diegeringere Differenz zwischen der Raumtempe-ratur und der Verdampfungstemperatur wirddie Luft nicht so stark entfeuchtet.

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Dadurch bereifen die Kühler weniger stark undes sind dadurch wiederum weniger Abtauin-tervalle erforderlich. Eine Anhebung der Ver-dampfungstemperatur um nur 1 Kelvin spartaufgrund des höheren COP zudem rund 4 %an Verdichterantriebsleistung. Die Betriebskos-ten einer Kälteanlage übersteigen bereits nachverhältnismäßig kurzer Zeit (je nach Auslegungzwischen 1,5 und 4 Jahren) die Investitions-summe. Deswegen ist gerade in Zeiten wach-senden Wettbewerbs der wirtschaftliche Be-trieb der Kälteanlage ein wichtiger Faktor fürden erfolgreichen Betrieb eines Supermarktes.

Die Komponenten

Bei den Verdichtern wurde in beiden Stufendes Kaskadensystems auf Verdichter der Fir-ma Bock zurückgegriffen. Für die Regelungder Verdampfereinspritzung und der Kühlstel-le wurden elektronische Komponenten der Fir-ma Danfoss eingebaut. Die komplette Ver-rohrung wurde für eine ausreichende Druck-festigkeit in Edelstahl ausgeführt, da beimCO2-Kreislauf insbesondere auf der Druckseiteder Kälteanlage extrem hohe Drücke auftretenkönnen. In den Kühlkammern hat man eben-so auf Güntner-Know-how gesetzt und hochef-fiziente Verdampfer der Baureihen GDF für dieNormalkühlung und GHF für die Tiefkühlunggewählt.

Verdichterverbund

Das Wärmeabfuhrsystem: der Güntner-CO2-Gaskühler/Verflüssiger - die spezielle Lö-sung aus dem Hause Güntner

Güntner-CO2-Gaskühler/Verflüssiger

Für die Wärmeabfuhr setzte man bei Ausfüh-rung der Anlage auf langjährige Erfahrung undKompetenz aus dem Hause Güntner. Der Ver-flüssiger, der bei hohen Umgebungstempera-turen und überkritischer Prozessführung alsGaskühler funktioniert, ist speziell auf die Be-lastungen ausgelegt, die bei Einsatz von CO2

als Kältemittel auftreten können. Neben derhohen Gaskühlereintrittstemperatur, die insbe-sondere bei kurzen Rohrleitungen der Verdich-tungsendtemperatur entsprechen kann, be-steht die Herausforderung darin, auch bei Be-triebsdrücken von 120 bar die Betriebssicher-heit der Anlage zu gewährleisten. Hier ist manmit herkömmlichem Kupferrohr nicht unbe-dingt auf der sicheren Seite.

Kühltheke der Firma Knudsen Køling

Bei Güntner setzt man deswegen bei Einsatzvon CO2 auf Edelstahl, das mit einer Wandstär-ke von 0,7 mm gemäß der Druckgeräterichtli-nie gefertigt ist. Jeder CO2-Gaskühler wird vorVerlassen des Werkes mit einem Prüfdruck von

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172 bar beaufschlagt, um die Dichtigkeit zu ge-währleisten. Die Prüfung wird protokolliert undist Teil des Lieferumfangs. Durch die extrem lei-se und energiesparende Ausführung des Gas-kühlers und der Ventilatoren ist er fast laut-los und damit bestens geeignet zur Aufstellungselbst in dicht besiedelten Gegenden, wo hoheSchallschutzanforderungen bestehen.

Gaskühler/Verflüssiger-Verrohrung in Edelstahlausführung

Die Verantwortung gegenüber der Umwelt undder Gesellschaft wird bei Güntner sehr ernstgenommen. Der schonende Umgang mit denRessourcen und die Sicherstellung von Ge-sundheit und Lebensqualität werden durch ef-fiziente Systemlösungen mit langjähriger Be-triebssicherheit gewährleistet und sind festerBestandteil unseres Leitbildes. So wurde indiesem Kopenhagener Supermarkt der Ideal-fall erreicht: Betreiber und Konsument könnensich zuverlässig gekühlter Ware erfreuen.

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Nur der sachkundige Blick auf die Druckanzei-ge verrät, dass hier irgendetwas anders ist...