Messung von Kälteleistung und -energie

Messtechnik und Energiecontrolling

4. Fachkongress „Kältetechnik – Quo vadis“, Berlin 2012

Jens Lücke perpendo GmbH AachenJens Lücke, perpendo GmbH AachenDorle Beilharz, Rainer Schnellenpfeil, EFT GbR Duisburg

perpendo Energie- und Verfahrenstechnik GmbHAm Viadukt 3 ▪ 52066 Aachen

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Messung von Kälteleistung und -energie

1. Das PraxisbeispielDie Energie Food-Town GbR

6. Zusammenfassung

2. Motivation5 A dWarum Energie messen? 5. AnwendungDas Energie-controllingsystem

3. KältemengenmessungTheorie und Praxis

4. MesstechnikErfassung des Massenstroms

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1. Praxisbeispiel: Die Energie Food-Town GbR

SteckbriefEnergie- und Medienversorgung der Food Town RheinhausenEnergie und Medienversorgung der Food Town Rheinhausen Versorgung von drei Unternehmen der LebensmittelindustrieGründung 1987 als gemeinsame Energiezentrale der drei UnternehmenS i d i h E i klSeitdem typische Entwicklung: Kapazitätserweiterungen, Umbauten, Änderung der Anforderungen

AufgabenZentraler EnergieeinkaufBereitstellung von insgesamt 13 verschiedenen Medien an 59 ÜbergabepunktenAbrechnungWartung und Instandhaltung von Kundenanlagen

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1. Praxisbeispiel: Anlagenstruktur der Energie Food-Town

NutzungMaschinen-

Kondensatoren• Großkälteanlage (NH3):• HD-Stufe (-10 °C):

5 °C

55 °C

Maschinenabwärme

Nutzung

HD Stufe ( 10 C):5 Schraubenverd. 4,5 MWth gesamt

• ND-Stufe (-40 °C):5 Schraubenverd 5 °C

35 °C

Kondensat-abwärmeEco

VerdichterHD

5 Schraubenverd. 1,4 MWth gesamt

• Kondensat-WRG(35 °C) 2,8 MWth

-10 °CAbscheider

• Maschinen-WRG(55 °C) 0,8 MWth

• Kesselanlage, weitere WRG S t

Verdampfer Nomalkühlung(überflutet)

-3 °CSolekälteVerdichter

ND

WRG-Systeme• Drucklufterzeugung• Zus. Kälteerz. Kunden

(überflutet)

-35 °CAbscheider

• Niederspannungs-versorgung

• ErdgasversorgungVerdampfer Tiefkühlung(üb fl t t)

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(überflutet)

2. Motivation: Ziele von Energiemessung & -controlling

ÜberwachungAb V b hAbnorme Verbrauchs-situationen feststellenZählerüberwachung

EffizienzanalyseZusammenhänge aufdeckenEffizienz sichern

KundeninformationVerbrauchswerte undVerbrauchswerte und Kennzahlen bereitstellen

AbrechnungAbrechnung Energiekosten

BilanzierungA f andsberechn ngAufwandsberechnung

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3. Kältemengenmessung: Prinzip

Druckgas KondensatA B

m& m& A

B

Sauggas 2-Phasengemisch DC D

Sauggas g(entspannt)

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3. Kältemengenmessung: Umsetzung in der Praxis

B AB

Am&

A

B

Cm& C

F

D

m&

m&

D

FG

m&m&m

E

FE

&

m&F

G Betrieb ND Verd.

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Hm H Betrieb HD Verdampfer

4. Messtechnik: Erfassung des Massenstroms

Ultraschall(Laufzeitdifferenz)

Vortex(Wirbelzähler)

Coriolis(Massenträgheit)(Laufzeitdifferenz) (Wirbelzähler) (Massenträgheit)

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4. Messtechnik: Erfassung des Massenstroms

Ultraschall Vortex CoriolisPrinzip / Laufzeitdifferenz von Wirbelschleppen-Zählung Phasenverschiebung inPrinzip / Messgröße

Laufzeitdifferenz von Schallwellen

=> Volumenstrom

Wirbelschleppen Zählungnach Hindernis

=> Volumenstrom

Phasenverschiebung in Schwingung von Rohrschlaufe (Corioliskraft)=> Massenstrom

D k / G di bhä i Ni d i Di ht höh PN>100Druck / Dichtebereich

Gas: medienabhängig, min. 5…10 bar; PN∞

Niedrige Dichten erhöhen untere Lastgrenze, PN>100

PN>100

Lastbereich -100…0…+100% +2 / +5…+100% -100…0…+100%

Einlaufstrecke > 10 15 x Ø > 15 40 x Ø keineEinlaufstrecke > 10…15 x Ø > 15…40 x Ø keine

Genauigkeit (typisch)

0,5…1,6% flüssig0,5…3% gasförmig

0,1…0,5% flüssig0,5…2% gasförmig

0,05…0,15% flüssig0,2…0,5% gasförmig

Druckverlust Keiner Niedrig (Volllast 94 mbar) Niedrig (Volllast 147 mbar)Druckverlust Keiner Niedrig (Volllast 94 mbar)Kompromiss mit Größe & damit Lastbereich

Niedrig (Volllast 147 mbar)Kompromiss mit Größe & damit Investkosten

Dampfblasen / Fl T ö f h

< 1 Vol-%t Si l l t*

Nur wenige Vol-%, sonst h h G i k it l t

Nur wenige Vol-%, sonst h h G i k it l t*Fl.-Tröpfchen sonst Signalverlust* hoher Genauigkeitsverlust hoher Genauigkeitsverlust*

Investkosten 8.000…10.000 €(kaum Einfluss Ø), kein Stillstand/Umbau

DN100: 3.500…4.500 €(mäßiger Einfluss ØDN80: ca. -20%)

DN100: 25.000…30.000 €(sehr großer Einfluss Ø;DN80: ca. -50%)

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) )*Es sind Systeme mit höherer Toleranz durch intelligentere Signalverarbeitung verfügbar.

4. Messtechnik: Erfassung des Massenstroms

Bild : Vortex-Durchflussmessung in der ND-Druckleitung

Bild : Ultraschall-Durchflussmessung an einer der beiden HD-Druckleitungen.

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5. Anwendung Messdaten: Das Energiecontrollingsystem

ÜberwachungAb V b h

Beispiel EFT:> 1.600

D t kt Abnorme Verbrauchs-situationen feststellenZählerüberwachung

Umrechnung, Zeitnormierung, Verbrauchsrechnung

Datenpunkte

EffizienzanalyseZusammenhänge aufdeckenEffizienz sichern

KundeninformationVerbrauchswerte und

AufbereiteteDaten

Ü Verbrauchswerte und Kennzahlen bereitstellen

Abrechnung

Über-mittlung

Abrechnung Energiekosten

BilanzierungA f andsberechn ng

Berechnung,Aggregation

Aufwandsberechnung

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5. Anwendung Messdaten: Kontinuierliche Effizienzkontrolle

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6. Zusammenfassung

ErfahrungenSowohl Ultraschall- als auch Vortexgeräte sind für die Volumenstrommessung auf der Druckgasseite geeignet.Ultraschall-Messung funktioniert allerdings nur im HD-Kreis.Funktionalität der Datenaufbereitung ist entscheidend für den Nutzwert

M d E i t lli tvon Messungen und Energiecontrollingsystemen.Aha-Effekte können (nahezu) garantiert werden.Der Aufwand für die Inbetriebnahme ist nicht zu unterschätzen.

FazitMessung und Datenaufbereitung sind nicht trivial und u. U. kostenintensiv.Ei t f b t E i t lliEin gut aufgebautes Energiecontrolling

schafft Transparenzliefert eine solide Basis für die Kostenrechnung

kü t R kti itverkürzt Reaktionszeitenerleichtert die Fehleranalyse erheblich

Sorgfältige Anforderungsanalyse, Systemauswahl und Konzepterstellung sind notwendigsind notwendig.

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