Verbesserung der Effizienz von Khlsystemen Materialien auf Basis

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

Küh. Isystem darstellen Temperaturbereich • Kühltemperatur im Verlauf darstellen Tag/Woche/Monat (°C) • Rückkühltemperatur (°C) Anlagendesign Ein- oder zweistufig, Anlagenverbund Kompressor • Verdichter: Kolben, Schrauben, Scroll, Turboverdichter • Gehäuse (Hermetisch, Offen) • Regelungsart

Kühlsystem darstellen II Verdampfer • Art der Kühlung (Direkt/indirekt) • Verdampfungsverfahren (Trocken/Überflutet) • Regelungsart Kondensator • Art der Rückkühlung und Bauart • Luft, Wassergekühlt, Verdunstungsverflüssiger • Regelungsart Expansionsventil • Design • Hand-, Schwimmer-, TEV, EE Ventil Kältemittel • Verwendetes Kältemittel

Herstellerangaben • • Kälteleistung (k. W) Verdampferleistung (k. W) Elektrische Leistungsaufnahme (k. W) Verflüssigerleistung (k. W) Leistungszahl (COP) Massenstrom (kg/h) Angabe zu Ölkühlervolumenstrom, -kühleraustritt, -leistung (m 3/h, °C, k. W) • Einsatzgrenzen (Verflüssigkeitstemperaturen max, min), nach Verdampfungstemperaturen (°C)

Zusätzliche Komponenten Beschreibung Einheit Abkürzung. Elektrische Nennleistung Lüfter (beim Verdampfer) k. W PL, o Elektr. Nennleistung Lüfter (beim Kondenser) k. W PL, c Elektrische Nennleistung Pumpen (beim Verdampfter) k. W Pp, o Elektrische Nennleistung Pumpen (beim Kondenser) k. W Pp, c Volllaststunden h VLH Gekühlte Fläche m 2 A

Temperaturniveaus Verdampfungstemp. Kühltemp. Kondenstor temperaturen +5°C +15°C 30 -45°C Moderate Kühlung -5°C +5°C 30 -45°C Normalkühlung -10°C 30 -45°C Tiefkülung -30°C -20°C 30 -45°C Schockgefrierkühlung <-45°C -35°C to -50°C 30 -45°C Klimatechnik

Weitere Messdaten Sekundärkreislauf Temperaturen (Kaltwasser Satz) Vorlauftemp (vom Verdampfer) / Kaltwasseraustrittstemperatur Tfluid Out °C Rücklauftemperatur (zum Verdampfer) / Kaltwassereintrittstemperatur Tfluid In °C Massenstrom Kaltwasser m 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 http: //en. ipu. dk/Indhold/refrigerationand-energy-technology/coolpack. aspx

Berechnung des Energieverbrauchs • Annahme: Kühlanlage wird betrieben 60%. EV Kältesystem = (PKomp *0. 6 + Pp, c, o * 0. 9+ PL, 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 Normalkühlung 16 h (bei Volllast, wird für die Auslegung von Anlagen verwendet) 5, 840 h 67% Tiefkühlung 18 h (bei Volllast, wird für Auslegung von Anlagen verwendet ) 6, 570 h 75% 3, 650 – 4, 380 h 42% - 50% Winter Sommer Durchschnitt (Gewerbebereich) 8 h 16 h 10 h – 12 h

Bestimmung Energieverbrauch über Kühllast

Außentemperaturverteilung in Österreich über ein Jahr Stunden pro Jahr Häufigkeitsverteilung Temperature

Bestimmung Energieverbrauch über Lastprofil Umgebungstemp. Kühllast [k. W] Betriebsstunden pro Jahr [h] 30°-35° C 18 25°-30°C 217 20°-25°C 899 15°-20°C 1, 539 10°-15°C 1, 725 5°-10°C 1, 506 <5°C 2, 828 Laufzeitkorrektur COP Kühllast /COP [k. W] Energieverbrauch

Energieverbrauch mit Messungen Description Abbreviation Unit Stromverbrauch Kompressor EV Komp / totc k. Wh Stromverbrauch Lüfter (bei Verdampfer) EV L, o k. Wh Stromverbrauch Lüfter (beim Verflüssiger) EV L, c k. Wh Stromverbrauch Pumpen (bei Verdampfer) EV p, o k. Wh Stromverbrauch Pumpen (beim Verflüssiger) EV, p, c k. Wh Stromverbrauch Pumpen – Kühlmedium, weitere EV p, x k. Wh Gesamter Stromverbrauch EV Gesamt k. Wh

Beispiel Energieverbrauch gemessen Hotel • 2 Kompressoren • Tiefkühler: Kompressor 16 k. W, R 404 A, -38°C (7, 047 h VLZ); ein/aus • Normalkühlung: Kompressor 25 k. W, R 134 a, -10°C (4, 274 h VLZ) (Kolbenbypass) • Direktverdampfer, Pumpen: 4 k. W; Ventilatoren: 16 k. W (1, 964 VLZ); ein/aus • Stromverbrauch Kühllager enthält: Beleuchtung, Ventilatoren, elektr. Abtauung, Heizung Fenster, Türheizung, Heizung Kondensat

Aufteilung Stromverbrauch

Coefficient of Performance Einsatzort To Tc COP Klimaanlage +1°C +35°C 4. 16 Pluskühlung -10°C +45°C 2. 4 Tiefkühlung -35°C +40°C 1. 1 – 1. 4

Verluste

Kühlräume Wärmeeintrag % der gesamten Kühllast Isolierte Wände, Decken, Böden 20% Türen und Fugen 30% Verdampfer - Ventilator 15% Abtauung 15% Beleuchtung 10% Personen und Geräte (z. B. Stapler) 10%

Typische Verbrauchszahlen Durchschnitt Effiziente Kälteanlage 16. 000 (k. Wh/a)/m³ 10. 000 (k. Wh/a)/m³ Kühlmöbel (+ 2 °C) 8000 (k. Wh/a)/m³ 5000 (k. Wh/a)/m³ Tiefkühlschrank (- 18 °C) 400 (k. Wh/a)/m³ 200 (k. Wh/a)/m³ Kühlschrank (+ 2 °C) 200 (k. Wh/a)/m³ 100 (k. Wh/a)/m³ Tiefkühlung (- 18 °C)

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: 80 mm und 170 mm PUR • Regelmäßige thermografische Untersuchungen zur Identifikation von Kältebrücken • Vermeidung von Kabeldurchlässen/ Lüftungskanäle

Wärmeeintrag durch Beleuchtung reduzieren • LEDs (E 27) können Glühlampen in Tiefkühlräumen ersetzen • Vorschaltgeräte außerhalb der Kühlräume • Beleuchtungsstärke an Bedarf anpassen • Einschaltzeiten reduzieren (Bewegungsmelder, Türkontakte) • T 8 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 – Schritt 1: Prüfung Verdampfungstemperatur • Verdampfungstemperaturen sollten so hoch wie möglich sein – Schritt 2: Prüfung Auslegungsbedingungen • Temperaturdifferenzen beim Verdampfer Optimierbar schlecht 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 Platten-Wärmetauscher 2 -6 K >6 K Rohrbündel-Wärmetauscher 3 -5 K >5 K Luftkühler Flüssigkeitskühler

Verbesserungsmaßnahmen Verdampfer • Verdampfungstemperatur ist zu gering aufgrund ungünstiger Luftzirkulation im Raum (Staplung der Güter, Schimmelbildung) • Verdampfungstemperatur bei Nacht (3, 4 K) und während der Wochenenden (2, 1 K) 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 Verflüssigungsund 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 Verflüssiger Temperaturdifferenzen Luftgekühlter Verflüssiger 10 – 12 K über trockener Außentemperatur Verdunstungsverflüssiger 10 K über Feuchtkugeltemperatur (max. 32°C Verflüssigkeitstemperatur) Luftgekühlte Kühlaggregate mit angebautem Verflüssiger (units) 15 – 20 K über trockener Außentemperatur Kühlwassergekühlter Verflüssiger 2 -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 Prozess Verbesserung Einsparung Luftkühlung Einlass Wärmetauscher reinigen Kühltemperatur sollte so gering wie möglich sein 2 -15% Temperatur Bei -18 °C und -23°C bis 25% Dämmung Undichte Türen und Kondensatleitung ohne Syphon Enteisung Anpassung an tatsächlichen Bedarf (Saison, Feuchtigkeit) 2 -6% Weitere Geräte Beleuchtung, Türheizung, Pumpen 15&