Verbesserung der Effizienz von Kühlsystemen Materialien auf Basis des österr. klima:aktiv Programms

Stufenweises Audit Kühlsysteme darstellen Erhebung des Energieverbrauchs für Kühlsysteme Bewertung der bestehenden Kühlsysteme Kühllast bestimmen Erhebung Einsparungen

Energiefluss Schema einer 2,2 kW Kühlanlage 20% Motorverlust 30% Kompressorverlust (teilw. Als Abwärme im Kondensator) 200% Abwärme (im Kondensator) 100% Kapazität 150% Kühlkapazität

KühIsystem darstellen TemperaturbereichKühltemperatur im Verlauf darstellen Tag/Woche/Monat (°C) Rückkühltemperatur (°C) AnlagendesignEin- oder zweistufig, Anlagenverbund KompressorVerdichter: Kolben, Schrauben, Scroll, Turboverdichter Gehäuse (Hermetisch, Offen) Regelungsart

Kühlsystem darstellen II VerdampferArt der Kühlung (Direkt/indirekt) Verdampfungsverfahren (Trocken/Überflutet) Regelungsart KondensatorArt der Rückkühlung und Bauart Luft, Wassergekühlt, Verdunstungsverflüssiger Regelungsart ExpansionsventilDesign Hand-, Schwimmer-, TEV, EE Ventil KältemittelVerwendetes Kältemittel

Herstellerangaben Kälteleistung (kW) Verdampferleistung (kW) Elektrische Leistungsaufnahme (kW) Verflüssigerleistung (kW) Leistungszahl (COP) Massenstrom (kg/h) Angabe zu Ölkühlervolumenstrom, -kühleraustritt, -leistung (m3/h, °C, kW) Einsatzgrenzen (Verflüssigkeitstemperaturen max, min), nach Verdampfungstemperaturen (°C)

Zusätzliche Komponenten BeschreibungEinheitAbkürzung. Elektrische Nennleistung Lüfter (beim Verdampfer) kWPL,o Elektr. Nennleistung Lüfter (beim Kondenser) kWPL,c Elektrische Nennleistung Pumpen (beim Verdampfter) kWPp,o Elektrische Nennleistung Pumpen (beim Kondenser) kWPp,c VolllaststundenhVLH Gekühlte Flächem2m2 A

Temperaturniveaus Verdampfungs- temp. Kühltemp.Kondenstor temperaturen Klimatechnik+5°C+15°C30-45°C Moderate Kühlung-5°C+5°C30-45°C Normalkühlung-10°C0°C30-45°C Tiefkülung-30°C-20°C30-45°C Schockgefrier- kühlung <-45°C-35°C to -50°C30-45°C

Weitere Messdaten Sekundärkreislauf Temperaturen (Kaltwasser Satz) Vorlauftemp (vom Verdampfer) / Kaltwasseraustrittstemperatur Tfluid Out °C Rücklauftemperatur (zum Verdampfer) / Kaltwassereintrittstemperatur Tfluid In °C Massenstrom Kaltwasserm 3 /h

Dampftafeln für alle Kältemittel Über die Verdampftafeln der jeweiligen Kältemittel lässt sich bei bekanntem Druck die Verdampfungs- und Verflüssigkeitstemperatur ablesen Die meisten Manometer messen den Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck, dieser muss zur Errechnung des Absolutdrucks addiert werden. Bei Messung vor Ort sind Schradderventile vorhanden Dampftafeln für Kältemittel auf and-energy-technology/coolpack.aspxhttp://en.ipu.dk/Indhold/refrigeration- and-energy-technology/coolpack.aspx

Berechnung des Energieverbrauchs Annahme: Kühlanlage wird betrieben 60%. EV Kältesystem = (P Komp *0.6 + P p,c,o * 0.9+ P L,c,o * 0.9) * BZ Alternativ kann die Abschätzung der Volllastlaufzeit (d.h. Teillaststunden werden in Volllaststunden umgerechnet, zwei Stunden halbe Last = eine Stunde Volllast) EV Kältesystem = PKomp*VLZ + Pp,c,o*VLZ + PL,c,o * FLZ l,c,o

Volllastlaufzeiten Tägliche Volllastlaufzeit von Anlagen Entspricht jährliche Volllastlaufzeit Entspricht Auslastung Normalkühlung16h (bei Volllast, wird für die Auslegung von Anlagen verwendet) 5,840 h67% Tiefkühlung18 h (bei Volllast, wird für Auslegung von Anlagen verwendet ) 6,570 h75% Winter8 h Sommer16 h Durchschnitt (Gewerbebereich) 10 h – 12 h3,650 – 4,380 h42% - 50%

Bestimmung Energieverbrauch über Kühllast

Außentemperaturverteilung in Österreich über ein Jahr Stunden pro Jahr Temperature Häufigkeitsverteilung

Bestimmung Energieverbrauch über Lastprofil Umgebungs- temp. Kühllast [kW] Betriebs- stunden pro Jahr [h] Laufzeit- korrektur COPKühllast /COP [kW] Energie- verbrauch 30°-35° C18 25°-30°C217 20°-25°C899 15°-20°C1,539 10°-15°C1,725 5°-10°C1,506 <5°C2,828

Energieverbrauch mit Messungen DescriptionAbbreviationUnit Stromverbrauch KompressorEV Komp / totckWh Stromverbrauch Lüfter (bei Verdampfer)EV L,okWh Stromverbrauch Lüfter (beim Verflüssiger)EV L,ckWh Stromverbrauch Pumpen (bei Verdampfer)EV p,okWh Stromverbrauch Pumpen (beim Verflüssiger)EV, p,ckWh Stromverbrauch Pumpen – Kühlmedium, weitere EV p,xkWh Gesamter StromverbrauchEV GesamtkWh

Beispiel Energieverbrauch gemessen Hotel 2 Kompressoren Tiefkühler: Kompressor 16kW, R404A, -38°C (7,047 h VLZ); ein/aus Normalkühlung: Kompressor 25kW, R134a, -10°C (4,274 h VLZ) (Kolbenbypass) Direktverdampfer, Pumpen: 4kW; Ventilatoren: 16kW (1,964 VLZ); ein/aus Stromverbrauch Kühllager enthält: Beleuchtung, Ventilatoren, elektr. Abtauung, Heizung Fenster, Türheizung, Heizung Kondensat

Aufteilung Stromverbrauch

Coefficient of Performance EinsatzortToTcCOP Klimaanlage+1°C+35°C4.16 Pluskühlung-10°C+45°C2.4 Tiefkühlung-35°C+40°C1.1 – 1.4

Verluste

Kühlräume Wärmeeintrag% der gesamten Kühllast Isolierte Wände, Decken, Böden20% Türen und Fugen30% Verdampfer - Ventilator15% Abtauung15% Beleuchtung10% Personen und Geräte (z.B. Stapler)10%

DurchschnittEffiziente Kälteanlage Tiefkühlung (- 18 °C) (kWh/a)/m³ (kWh/a)/m³ Kühlmöbel (+ 2 °C) 8000 (kWh/a)/m³5000 (kWh/a)/m³ Tiefkühlschrank (- 18 °C) 400 (kWh/a)/m³200 (kWh/a)/m³ Kühlschrank (+ 2 °C) 200 (kWh/a)/m³100 (kWh/a)/m³ Typische Verbrauchszahlen

Energiesparmaßnahmen I Abschalten nicht genutzter Kühlräume Prüfen, ob Kühltemperatruen angepasst werden können (erhöht): –Lagertemperatur Empfehlungen –Prüfen Faktoren, die Max.Temperaturen benötigen Einlagerungsabläufe prüfen: –Kühlkette nicht unterbrechen –Übergang LKW zu Kühlkammer abdichten –Kühlgut nicht in warmen Räumen zwischenlagern

Energiesparmaßnahmen II Wärmerückgewinnung prüfen Freie Kühlung: gekochte Produkte nicht in Schockfroster, Vorkühlung mit Frischluft (Prüfe Hygienestandards)

Energiesparmaßnahmen III Verringerung Wärmeeintrag durch Türen –Schulung: Türen schließen –Alarm nach best. Zeiträumen –Prüfung, Reinigung, Tausch von Türdichtungen –Autom. Schließvorrichtungen (€ 120) –Plastikvorhänge

Dämmung Empfohlene U-Werte und Dämmdicken für Kühlräume und Tiefkühlräume: 80mm und 170mm PUR Regelmäßige thermografische Untersuchungen zur Identifikation von Kältebrücken Vermeidung von Kabeldurchlässen/ Lüftungskanäle

Wärmeeintrag durch Beleuchtung reduzieren LEDs (E27) können Glühlampen in Tiefkühlräumen ersetzen Vorschaltgeräte außerhalb der Kühlräume Beleuchtungsstärke an Bedarf anpassen Einschaltzeiten reduzieren (Bewegungsmelder, Türkontakte) T8 Lampen haben bei tiefen Temperaturen eine schlechte Lichtausbeute

Kühlkreislauf Je geringer die Temperatur beim Transfer der Kühlenergie und Je höher die Temperatur beim Transfer der Wärme umso höher ist die Leistungsanforderung

Anhebung der Verdampfungstemperatur –Schritt1: Prüfung Verdampfungstemperatur Verdampfungstemperaturen sollten so hoch wie möglich sein –Schritt 2: Prüfung Auslegungsbedingungen Temperaturdifferenzen beim Verdampfer Optimierbarschlecht Luftkühler Lamellen-Wärmeüberträger, trockene Arbeitsweise TEV: 6 K possible EEV: 4 K possible TV: > 10 K EV: 7 K – 10 K Lamellen-Wärmeübertrager, überflutete Arbeitsweise 2 K possible> 8 K Flüssigkeitskühler Platten-Wärmetauscher2-6 K> 6 K Rohrbündel-Wärmetauscher3-5 K> 5 K

Verbesserungsmaßnahmen Verdampfer Verdampfungstemperatur ist zu gering aufgrund ungünstiger Luftzirkulation im Raum (Staplung der Güter, Schimmelbildung) Verdampfungstemperatur bei Nacht (3,4K) und während der Wochenenden (2,1K) erhöhen Verschmutzte Wärmetauscher Verbogene Lamellen (Luftführung im Wärmetauscher soll ungehindert erfolgen) Vereister Wärmetauscher Ventilatoren in schlechtem Zustand, Ventilator außer Betrieb Überhitzung am EEV oder TEV

Verbesserung Verflüssigungs- und Verdampfungstemperatur Erhöhung der Verdampfungstemperatur um 1 Kelvin erhöht die Effizienz um 3% Verringerung der Verflüssungstemperatur um 1 Kelvin erhöht die Effizienz um 3 % Falls das Kältesystem mit einer fix eingestellten minimalen Verflüssigungstemperatur von 40-45°C eingestellt ist, sollte eine Regelung der Verfl. Temperatur geprüft werden

Gleitende Verflüssungstemperatur

Beispiel: Variable Verflüssigungstemperaturen

Empfohlene Verflüssigungstemperaturen VerflüssigerTemperaturdifferenzen Luftgekühlter Verflüssiger10 – 12 K über trockener Außentemperatur Verdunstungsverflüssiger10 K über Feuchtkugeltemperatur (max. 32°C Verflüssigkeitstemperatur) Luftgekühlte Kühlaggregate mit angebautem Verflüssiger (units) 15 – 20 K über trockener Außentemperatur Kühlwassergekühlter Verflüssiger2-5 K

Verflüssigkeitstemperatur optimieren Messung der aktuellen Verflüssigungstemperatur bzw. Bestimmung der Temperatur aus der Dampftabelle über den Sättigungsdampfdruck (je nach Kältemittel). Der Druck kann überall zwischen Verdichterausgang und Expansionsventil gemessen werden

Automatische Enteisung Automatische Enteisung kann 2-3% höhere Kosten verursachen, manuelle, bedarfsgesteuerte Enteisung in Betracht ziehen

Leckagen Jährliche Nachfüllmengen erheben Kennzahlen erheben: Jährliche Nachfüllmenge/gesamte Kältemittelmenge in % Benchmark max. < 20%

Verbesserungspotential ProzessVerbesserungEinsparung LuftkühlungEinlass Wärmetauscher reinigen 2-15% Temperatur Kühltemperatur sollte so gering wie möglich sein Bei -18 °C und -23°C bis 25% DämmungUndichte Türen und Kondensatleitung ohne Syphon EnteisungAnpassung an tatsächlichen Bedarf (Saison, Feuchtigkeit) 2-6% Weitere GeräteBeleuchtung, Türheizung, Pumpen 15&