Gesteigerte Energieeffizienz durch Zertifizierung

Autoren: Dipl. -Ing. Hanns Christoph Rauser - HCR CONSULTING - Deutschland
Stefano Filippini - Vorsitzender des Konformitätsausschusses für Wärmetauscher

Die Ökodesign-Richtlinie hat hohe Effizienzstandards festgelegt, und wir alle sind gesetzlich und moralisch verpflichtet, dafür zu sorgen, dass die Kältesysteme zweckmäßig und so energieeffizient wie möglich sind. Während die Ökodesign-Richtlinie die Kältetechnik über die Jahre hinweg erheblich verbessert hat, können die Energieeinsparungen durch den Einsatz von Trockenkühlern weiter verbessert werden. Der jüngste Rückgang der Verkäufe von Trockenkühlern zeigt jedoch, dass bei vielen neuen Kühlanlagen wichtige Energie- und Finanzeinsparungen verpasst werden.  

Kältesysteme müssen die Mindestenergieeffizienzstandards (MEPS) erfüllen und haben je nach Kühlertyp und Anwendung unterschiedliche Leistungsanforderungen. Die Sicherstellung von Systemen, die über die MEPS hinausgehen, führt zu niedrigeren Betriebskosten, geringeren Umweltauswirkungen und ist möglicherweise zukunftssicher für weitere Gesetze. 

Um eine energieeffiziente Systemauslegung zu ermöglichen, müssen die Hersteller per Gesetz EcoDesign-Daten zur Verfügung stellen. Allerdings sind nicht alle Daten gleich, und für den Fachmann kann es ein Minenfeld sein, zwischen zertifizierten und nicht zertifizierten Produkten zu unterscheiden. So wurde beispielsweise Eurovent Certita Certification (ECC) zwischen 2004 und 2008 von den ECC-zertifizierten Herstellern von Wärmetauschern gebeten, die Leistung von neun Wärmetauschern unabhängig zu prüfen. Diese wurden von sieben europäischen Unternehmen hergestellt, die nicht am Eurovent-Zertifizierungsprogramm teilnehmen. Ein Vergleich der getesteten Leistungsdaten mit den in der Produktliteratur der Hersteller veröffentlichten Werten ergab eine Leistungsreduzierung von bis zu 37 %. Wirklich energieeffiziente Systeme können nur mit den richtigen Informationen entworfen werden.

Wie verbessern Rückkühler die Effizienz?

Trockenkühler sind im Wesentlichen Wärmeübertragungsgeräte, die mit Hilfe von erzwungener Luftkonvektion überschüssige Wärme abführen. Diese auch als Luftkühler bezeichnete Technologie kann zur Kühlung von Wasser in den Kondensatoren von Kaltwassererzeugungsanlagen oder für Anwendungen der freien Kühlung eingesetzt werden. Trockenkühler können dazu beitragen, die Belastung des Kältesystems zu verringern, indem sie Prozesswärme abführen und die Arbeit des Verdichters reduzieren.

Zu den Hauptkomponenten von Trockenkühlern gehören ein Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher und ein Gebläse. Trockenkühler sind ein System mit geschlossenem Kreislauf, bei dem Ventilatoren die Umgebungsluft ansaugen. Diese Luft strömt über einen Wärmetauscher, bei dem es sich entweder um eine herkömmliche Rippen-Rohr-Konstruktion oder einen Mikrokanal handeln kann. Die über den Wärmetauscher strömende Luft entzieht der darin befindlichen Flüssigkeit, in der Regel Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch, Wärme. Nach der Abkühlung ist die Flüssigkeit bereit, Wärme aus einem zugehörigen Prozess zu absorbieren. Danach kehrt die Flüssigkeit in den Wärmetauscher zurück und der Kreislauf beginnt von neuem.

Trockenkühler eignen sich für hohe Kühlleistungen in Regionen, in denen die Umgebungstemperatur kühler ist als das Wasser/Wasser-Glykol-Gemisch im System. Selbst wenn die Lufttemperatur nur während eines Teils des Jahres kühler ist, werden Einsparungen erzielt. Bei Verwendung einer zertifizierten Kältemaschine mit einem separat installierten Verflüssiger oder Rückkühler ist es ratsam, ein zertifiziertes Produkt zu verwenden, um die maximale Energieeffizienz zu erreichen.

Bauarten von Kältemaschinen

Wassergekühlte Kaltwassersätze werden mit Platten- und Rohrbündelwärmetauschern als Verflüssiger gebaut. Bei diesen Systemen wird die Wärme durch einen Rückkühler im Sekundärkreislauf an die Umgebungsluft abgeführt. Wird die Wärme über einen Verflüssiger direkt an die Umgebungsluft abgegeben, spricht man von luftgekühlten Kaltwassersätzen. Diese werden entweder als kompakte Kaltwassersätze für den Außeneinsatz mit integriertem luftgekühlten Verflüssiger oder als Kaltwassersätze mit Split-System und luftgekühltem Verflüssiger für die Außenaufstellung klassifiziert. Heute werden in den meisten Fällen kompakte luftgekühlte Kaltwassersätze verwendet. 

Der Kältemaschinenmarkt

Die meisten Kältemaschinen sind von Eurovent Certita Certification zertifiziert. Derzeit nehmen 33 Hersteller von Kaltwassersätzen an dem Zertifizierungsprogramm teil. Die Entwicklung des Absatzes von Kaltwassersätzen in der EU im Zeitraum 2014-2021 ist in Abbildung 1 dargestellt, während die Entwicklung des Absatzes von Kaltwassersätzen im Vergleich zu Trockenkühlern in Abbildung 2 dargestellt ist.

Abbildung 1 - Entwicklung der Verkäufe von Kältemaschinen, 2014-2021, von Eurovent Market Intelligence.
 

Abbildung 2 - Entwicklung der Verkäufe von Kältemaschinen und Trockenkühlern in der EU28, 2019-2021, von Eurovent Market Intelligence.

Die Abbildungen 3, 4 und 5 zeigen den Anteil der Kältemaschinenverkäufe in der EU im Jahr 2021, aufgeschlüsselt nach Bauart und Größe.
 

Berechnungsmodell

Es wurden zwei Testsysteme eingerichtet, um den Einfluss des Trockenkühlers auf die Energieeffizienz eines wassergekühlten Kaltwassersatzes zu messen. In einem Fall wurde ein zertifizierter Rückkühler verwendet, im anderen ein nicht zertifizierter Rückkühler.

Das Kältesystem bestand aus einem Eurovent-zertifizierten wassergekühlten Kaltwassersatz der Eurovent-Energieeffizienzklasse B, der für die Klimatisierung (nur Kühlung) verwendet wurde. Die Kühlleistung von 1000 kW bei Volllast und einer Umgebungstemperatur von 35 °C wurde von zwei Schraubenverdichtern mit dem Kältemittel R134a bereitgestellt. Der Verdampfer kühlte Wasser von 12°C auf 7°C herunter. 

In dem vereinfachten Modell wurde davon ausgegangen, dass die Temperaturdifferenz zwischen der Verflüssigungstemperatur und der Umgebungstemperatur feste 12 K beträgt. Der Verflüssiger erwärmte die Sekundärflüssigkeit, die durch einen Trockenkühler rückgekühlt wurde. Im Trockenkühler wurde die Sekundärflüssigkeit um 5K auf eine Temperatur abgekühlt, die 5K über der Umgebungstemperatur lag. Die Pumpenleistung der Sekundärflüssigkeit wurde nicht berücksichtigt. Die Studie wies eine Kapazitätslücke von 25 % auf. 

Bei Volllast verursachte der nicht zertifizierte Trockenkühler eine um 2,5K höhere Verflüssigungstemperatur der Kältemaschine. Bei 75 %, 50 % und 25 % Teillastbetrieb wurde die Drehzahl des AC-Lüfters des nicht zertifizierten Trockenkühlers erhöht, um die gleiche Verflüssigungstemperatur zu erreichen wie bei Verwendung des zertifizierten Trockenkühlers. Beide Systeme wurden anhand des ESEER-Wertes (European Seasonal Energy Efficiency Ratio) des Gesamtsystems verglichen. 

Ergebnisse

Die Leistungsaufnahme des Ventilators des Trockenkühlers lag bei den verschiedenen Lastbedingungen zwischen 10 und 20 % der Leistungsaufnahme des Gesamtsystems (Abbildung 6). 

Abbildung 6: Leistungsaufnahme des Gesamtsystems Kaltwassersatz plus Rückkühler (kW), von Eurovent Market Intelligence

Abbildung 7 zeigt das Energieeffizienzverhältnis (EER) des Gesamtsystems mit den beiden verschiedenen Trockenkühlern. Der ESEER-Wert des Systems mit einem Trockenkühler mit Kapazitätslücke ist um 4,6 % niedriger, was auf den höheren Stromverbrauch der Kältemaschine bei Volllast und den höheren Stromverbrauch der Ventilatoren des Trockenkühlers bei Teillastbetrieb zurückzuführen ist.

Zum Vergleich: Für die Stadt Mailand beträgt die jährliche Energieeinsparung des Kältesystems mit einem Trockenkühler bei Erreichen der vorgesehenen Leistung etwa 20.000 Kilowattstunden bei rechnerisch 3542 Betriebsstunden.

Bei Kältemaschinen mit längeren Betriebsstunden oder bei Kältemaschinen, die für die Prozesskühlung ausgelegt sind, ist die Amortisationszeit noch kürzer.

Abbildung 7: EER von Systemkaltwassersätzen plus Trockenkühlern bei unterschiedlicher Last, von Eurovent Market Intelligence

Warum die Zertifizierung wichtig ist

Die Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, zertifizierte Komponenten und Systeme zu verwenden. Korrekte Leistungsdaten für Wärmetauscher sind absolut unerlässlich, da sie die Energieeffizienz des gesamten Systems beeinflussen. In der Studie verursachte ein wassergekühlter Kaltwassersatz, der von einem nicht zertifizierten Trockenkühler mit einer Leistungslücke von 25 % rückgekühlt wurde, 4,6 % höhere Energiekosten. 

Aus diesem Grund sollten Sie beim Einsatz eines zertifizierten Kaltwassersatzes mit einem separat installierten luftgekühlten Verflüssiger oder Rückkühler ein zertifiziertes Produkt verwenden, um die maximale Energieeffizienz zu erreichen. So sparen Sie langfristig Geld und Energie, und Sie können sicher sein, dass zertifizierte Produkte wie vorgesehen funktionieren.

Um zertifizierte Produkte wie Kaltwassersätze und Trockenkühler anzusehen und zu vergleichen, hilft Ihnen unser einfach zu bedienendes Verzeichnis zertifizierter Produkte. Suchen Sie Produkte nach Familie, Typ, Marke, Modellname und Zertifikatsnummer. 

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