Wärmerückgewinnung bei CO₂-Systemen

Bei der Konzeption dieser Systeme bzw. Anlagen erfordern folgende Aspekte besondere Aufmerksamkeit:

• Kondensation von Flüssigkeit in der Wärmerückgewinnungseinheit
• Verhinderung von Wasserdampfbildung bei der Wärmerückgewinnung
• Sicherstellen einer ausreichenden Wasserqualität, unterschiedliche Konzentrationen an Calciumcarbonat, Bakterien usw.
• Vermeidung von zu niedrigen bzw. zu hohen Verflüssigungstemperaturen aufgrund unterschiedlicher Temperaturen des Wärmerückgewinnungswassers

Wärmerückgewinnung mit CO₂ in transkritischen Systemen funktioniert hervorragend. Doch auch in subkritischen Anwendungen ist die Wärmerückgewinnung bei CO₂-Systemen wesentlich effizienter als beispielsweise beim Einsatz der Kältemittel R 134a und R 404A. Zudem lassen sich bei subkritischen Anwendungen aufgrund der Temperaturverteilung im Verflüssiger hohe Temperaturen erreichen. Beträgt die Verflüssigungstemperatur +15 °C, können rund 30 % der Energie bei ca. +60 °C zurückgewonnen werden.

Wärmerückgewinnung, einfaches System

Das einfache System ist durch die Funktio­nen von der Wasserseite her eingeschränkt, da die Wärme von dort immer aus dem Kältesystem abgeführt werden muss. In diesem Fall wird die Systemlast also von der Wasserseite bestimmt. Der Nachteil dieses Systems besteht darin, dass es deutlich schwieriger ist, den optimalen Arbeitspunkt für den Gaskühler zu definieren.

• Verdichterregelung AK-SC 255, AK-PC730 oder AK-PC840
• Gaskühlerregelung EKC 326A und ICMTS
• Regelung des Bypass-Ventils ETS + EKC 326A

Bei einem typischen Wärmerückgewinnungssystem (WRG) muss der Wärme­übertrager korrekt dimensioniert sein, damit ein reibungsloser Betrieb als Gaskühler sichergestellt werden kann. Zudem muss das Wasser sorgfältig kontrolliert werden und der Gaskühler muss optimal ausgelegt sein. Der Hauptgrund für den Einsatz von zwei Wärmeübertragern besteht darin, dass sich mit zwei unabhängigen Wasserkreisläufen die bestmöglichen Ergebnisse erzielen lassen.

Das WRG-Bypass-Ventil (1) wird aktiviert, wenn kein Wasser durch das WRG-Register strömt. Es arbeitet ausschließlich im Ein/Aus-Modus. Läuft die Wasserpumpe nicht, öffnet das Ventil und die WRG wird umgangen. Auf diese Weise wird eine zu hohe Temperatur in der WRG vermieden.

Die Regelung des ICMTS-Drosselorgans kann wie gewohnt über den Gaskühlerregler (EKC 326A) erfolgen, der ebenfalls für diese Anwendung geeignet ist. Der EKC 326A kann zudem das für den Gas-Bypass zuständige ETS-Ventil regeln, während das ICMTS-Ventil in Betrieb ist.

• Verdichterregelung AK-SC 255, AK-PC730 oder AK-PC840
• Gaskühlerregelung EKC 326 und ICMTS
• Ansteuerung des Bypass-Ventils ETS + EKC 326A
• Kühlturmregelung AK-PC420

Teilweise Wärmerückgewinnung

Diese Anwendung unterscheidet sich von der vorherigen lediglich darin, dass ein herkömmlicher Gaskühler in Verbindung mit der Wärmerückgewinnungseinheit verwendet werden kann. Dadurch ist dieses System äußerst flexibel. Dies hat den großen Vorteil, dass das System an bestimmte Anforderungen angepasst werden kann, so dass die Hochdruckseite des Kältekreislaufs stets ausreichend gekühlt ist.

• Verdichterregelung AK-SC 255, AK-PC 730 oder AK-PC 840
• Gaskühlerregelung EKC 326A und ICMTS
• Regelung des Bypass-Ventils ETS + EKC 326A
• Kühlturmregelung AK-PC420

Bei EKC 326A ist eine gleichzeitige Regelung des ICMTS- und des ETS-Ventils mit demselben Regler möglich. -

Diese Serie soll einen Überblick über die am meisten verbreiteten Ausführungen von CO₂-Systemen für ­subkritische wie für transkritische ­Anwendungen vermitteln. Sie richtet sich an technisch orientierte ­Leser, für die CO₂-Systeme Neuland sind. Zunächst wird in den ersten Teilen ein Fokus auf die einzelnen ­Bausteine von CO₂-Systemen gelegt. ­Danach wird auf die Entwicklung ­vollständiger Systeme eingegangen.

Die einzelnen Teile sind:

• Gaskühler und Mitteldruckabscheider
• Kaskadenwärmeübertrager
• Niederdrucksammler /Pumpenabscheider
• Verdampfer und Verdichter
• Stillstandssicherheitssysteme für CO₂-Anlagen
• Wärmerückgewinnung bei CO₂-Systemen
• Kaskadensysteme
• Einfache transkritische Systeme, z.B. für Lebensmitteleinzelhandel
• Transkritisches Boostersystem & Zusammenfassung

Regional Product Manager, Danfoss GmbH, Kälte­technik, Offenbach