Michael Elsen, Sales Manager des eurammon Mitglieds Kreutzträger Kältetechnik GmbH & Co. KGeurammon

Ob Energiewende in Deutschland oder Energieeffizienz-Gesetz in Österreich – für Unternehmen in Europa und weltweit wird es aus ökologischer und ökonomischer Sicht immer wichtiger, Energie effizient zu nutzen. Im Zuge dessen erkennen immer mehr Planer, Bauer und Betreiber von Kälte- und Klimaanlagen, welches Kostensenkungspotenzial in ihrer Kältetechnik steckt. Wie energieeffizient die Anlagen arbeiten, lässt sich an den Betriebskosten ablesen. Und die hängen auch von der Wahl des Kältemittels ab. Hier können vor allem natürliche Kältemittel punkten: sie sind unbegrenzt verfügbar und zukunftssicher, darüber hinaus sehr preiswert und können in nahezu jeder Kälteanwendung eingesetzt werden. Mit einem ODP von 0 und einem GWP zwischen 0 und 3 sind sie außerdem besonders umweltfreundlich. Im nachfolgenden Interview erklärt eurammon Mitglied Michael Elsen, Vertriebsleiter der Kreutzträger Kältetechnik GmbH & Co. KG, warum sich der Einsatz natürlicher Kältemittel positiv auf die Energieeffizienz von Kälteanlagen auswirkt.

 

MN: Das Kältemittel ist das zentrale Arbeits- und Betriebsmittel jeder Kälteanlage und hat damit maßgeblichen Anteil an ihrer Leistung. Wie groß ist dabei der Einfluss, den das Kältemittel auf die Energieeffizienz der Anlage hat?
Elsen: Das Kältemittel hat Einfluss auf die Energieeffizienz der Kälteanlage. Die thermodynamischen Eigenschaften bestimmen die Verdichterbaugröße und damit einhergehende Verlustanteile die auch einen Anteil am Gesamtleistungsbedarf der
Kälteanlagen haben. Der Leistungsbedarf der eingesetzten Nebenantriebe wie etwa Pumpen und die Ventilatoren der Wärmetauscher ist dabei keineswegs zu vernachlässigen. Direkte Kühlsysteme bei denen das Kältemittel unmittelbar im Verdampfer an der Kühlstelle durch Wärmeaufnahme verdampft, sind gegenüber indirekten Systemen, die einen Kälteträger verwenden klar im Vorteil, da diese für den Wärmetransport eine zusätzliche Temperaturdifferenz und Pumpenleistung für den Kälteträgertransport benötigen.
Modernste Anlagenkonzepte erlauben den Einsatz direkter Kühlsysteme mit natürlichen Kältemitteln bei gleichzeitig minimalen Füllmengen. Selbst bei großen industriellen Kälteanlagen im Megawattbereich lassen sich so aufwendige Abnahmen nach Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) vermeiden.

MN: Welche physikalischen Eigenschaften natürlicher Kältemittel sorgen dafür, dass Anlagen energieeffizient laufen?
Elsen: Natürliche Kältemittel zeichnen sich durch eine ganze Reihe physikalischer Eigenschaften besonders im Hinblick auf die Energieeffizienz aus. So besitzt ein effizientes Kältemittel einen möglichst hohen Wert bei der spezifischen Verdampfungsenthalpie. Das ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 kg Kältemittel bei gleichbleibender Temperatur zu verdampfen. Des Weiteren lassen sich aus der volumetrischen Kälteleistung, die von den stofflichen Eigenschaften abhängt, erhebliche Abweichungen in der Kälteleistung ableiten. Die volumetrische Kälteleistung stellt dar, wie viel Kälteleistung mit 1 m3 Kältemittel theoretisch realisiert werden kann. Je größer dieser Wert ist, umso weniger Kältemittel muss für eine bestimmte Kälteleistung umgewälzt werden. Das heißt wiederrum, dass dadurch auch Energieverluste in Anlagenkomponenten sinken. Der Isentropenexponent ist der Quotient aus der spezifischen Wärme bei konstantem Druck durch die spezifische Wärme bei konstantem Volumen. Bei Kältemitteln, die über einen hohen Isentropenexponenten verfügen, treten hohe Verdichtungsendtemperatur auf, was insbesondere für die Wärmerückgewinnung von Vorteil sein kann. Ein niedriges Druckverhältnis zwischen Saug- und Verflüssigungsdruck beeinflusst vorteilhaft Liefergrad und Energiebedarf.

MN: In welchen Kälte- und Klimaanwendungen ist der Einsatz von natürlichen Kältemitteln besonders energieeffizient und warum?
Elsen: Insbesondere im Bereich industrieller Kälteanlagen ist die Verwendung von natürlichen Kältemitteln wirtschaftlich darstellbar. Bei Anlagen mit einer Kälteleistung über ca. 100 kW rechtfertigen die Effizienzvorteile den notwendigen erhöhten Investitionsbedarf. Meist amortisieren sich die Kosten innerhalb von zwei bis fünf Jahren gegenüber Anlagen mit synthetischen Kältemitteln. Das Einsatzspektrum für Kälteanlagen mit natürlichem Kältemittel wird ständig erweitert. Selbst bei Anwendungen bei denen man vor Jahren noch auf synthetische Kältemittel zurückgegriffen hätte, sind natürliche Kältemittel wie zum Beispiel Ammoniak, Kohlendioxyd und Propan heute die 1. Wahl. Zurzeit kommen Anlagen mit natürlichen Kältemitteln vor allem in industriellen Kälteanwendungen zum Einsatz. Wie etwa in der Logistik, bei Tiefkühltunneln und Frostern, in Brauereien und Molkereien aber auch in Lebensmittelverarbeitungsbetrieben (Schlachthöfe, Speiseeisfabriken, Großbäckereien usw.). Aber auch bei Wärmepumpen und vor allem im Supermarkt schreitet aktuell die Umstellung voran. In Ammoniak-Anlagen zur Wasserkühlung, die mit Verdunstungsverflüssiger oder mit luftgekühltem Verflüssiger ausgerüstet sind, lässt sich die extrem große Verdampfungsenthalpie von Ammoniak zur freien Kühlung ausnutzen, d.h. zur Wärmeabfuhr an die Umgebung ohne Verdichterbetrieb, sobald es die Außentemperatur ermöglicht.

MN: Das natürliche Kältemittel Ammoniak ist über viele Einsatzbereiche das wirtschaftlichste Kältemittel. Warum ist das so, was macht Ammoniak besonders energieeffizient?
Elsen: Die hohe spezifische Verdampfungsenthalpie von Ammoniak und die geringen in den Kälteanlagen auftretenden Drücke, die relativ geringe Dichte und der sehr gute Wärmeübergang beeinflussen Leitungsquerschnitte und Abmessung von Wärmeübertragern und Kältemittelverdichtern. Das wirkt sich im Vergleich zu synthetischen Kältemitteln auf den Gesamtleistungsbedarf der Anlage positiv aus. Aufgrund des hohen Isentropenexponent des Ammoniaks kann das aus dem Verdichter austretende Druckgas – je nach Auslegung der Anlagenkomponenten – bis zu 150 °C betragen. Dieses Temperaturniveau ist für die Warmwasserbereitung bestens geeignet. So lassen sich Warmwassertemperaturen von ca. 60 °C bei einer Heizleistung von etwa 15% der Kälteleistung erzielen, ohne hierfür zusätzliche Energie aufwenden zu müssen.

MN: In vielen Branchen stehen Kälteanlagenbetreiber vor der Herausforderung, die Treibhausgasemissionen ihrer Gewerbekälteanlagen zu reduzieren oder sehen sich im Rahmen der Energiewende dazu veranlasst, die Energieeffizienz ihrer Anlagen zu steigern. Für welche Branchen und Gewerbe ist der Wechsel auf natürliche Kältemittel eine besonders effektive Option?
Elsen: Letztendlich beschränkt sich der Einsatz von natürlichen Kältemitteln nicht auf spezielle Branchen und Kälteanlagen. Vielmehr ergeben sich aus den thermodynamischen Eigenschaften dieser Kältemittel, deren Einsatzgrenzen es in Abhängigkeit der Anwendung zu berücksichtigen gilt, auch zahlreiche Vorteile hinsichtlich Umweltverträglichkeit und Energieeffizienz. Bei der Wahl des Kältemittels darf die Wirtschaftlichkeit des gesamten Anlagenkonzepts jedoch nicht aus den Augen gelassen werden. Eine Beschränkung auf bestimmte Einsatzfälle wäre grundlegend falsch. So finden wir heute Anlagen mit natürlichen Kältemitteln in nahezu allen Leistungs- und Anwendungsbereichen. Um für den Betreiber die optimale Lösung zu entwickeln braucht es fachlich qualifizierte und erfahre Unternehmen, die objektiv unter Beachtung ökologischer und wirtschaftlicher Faktoren eine auf die Belange des Betreibers zugeschnittene Lösung erarbeiten.