Wegen des hohen Kältebedarfs von Supermärkten und dem daraus resultierenden Energieverbrauch steht besonders die effiziente und zukunftssichere Kälteversorgung im Fokus des ausgearbeiteten Konzepts. Durch dessen Kriterien zur Kältemittelauswahl und unter Berücksichtigung der zukünftigen Kältemittelverfügbarkeiten entsprechend der F-Gase-Verordnung, kommen ausschließlich natürliche Kältemittel zum Einsatz. Durch Kombination eines R 290-Solesatzes in Verbindung mit einem R 744-Verbund, sowie einer Propan-Wärmepumpe zur Klimatisierung werden ausschließlich natürliche Kältemittel verwendet.
Seit Inkrafttreten der aktuellen Phase-Down-Stufe für das Inverkehrbringen von HFKW-Kältemitteln und den damit einhergehenden enormen Preisanstiegen für konventionelle Kältemittel sind natürliche Kältemittel gefragter denn je. In der Supermarktbranche ist es Stand der Technik, im Tiefkühlbereich (TK) eine CO2-TK-Kaskade einzusetzen. Im Normalkühl (NK)- und Klimabereich werden häufig noch konventionelle Kältemittel eingeplant.
Die Umsetzung eines innovativen Konzepts ist Kratschmayer in einem neu gebauten Supermarkt gelungen. Als natürliche Alternative zu den sonst im NK-Bereich weit verbreiteten R 134 a- oder R 450 A-Anlagen mit Direktverdampfung wurde ein eigens entwickelter R290-Kaltsolesatz der Firma Skadec gewählt. Dieser stellt nicht nur die -5 °C kalte Sole für den NK-Bereich bereit, zusätzlich wird durch einen Zwischenkreis mit Wärmetauscher (Kaskade) die Kondensation des im TK-Bereich eingesetzten CO2-Verbunds übernommen. Neben dem Vorteil, dass die Außenaufstellung eines externen Verflüssigers entfällt, ist die Kondensation nahezu unabhängig von der Außentemperatur und somit deutlich stabiler und besser regelbar.
Der Kaltsolesatz mit einer Nennkälteleistung von 78 kW im Auslegungspunkt wurde als Kompakteinheit für Außenaufstellung auf dem Dach des Supermarkts installiert. Diese Bauweise bietet neben den Platzersparnissen in der Technikzentrale auch die gänzliche Verlagerung des Gefahrenbereichs aus dem Gebäude. Die Kältemaschine hat mit Abmessungen von 3,86 x 2,20 x 2,43 m (L x B x H) auch auf dem Dach nur einen geringen Platzbedarf.
Maximale Betriebssicherheit gewährleistet die Aufteilung der installierten Leistung in zwei redundante Kältekreisläufe. Die Kältemittelfüllmenge ist dank der kompakten Bauweise auf 3,5 kg pro Kreis minimiert. Jeder Kreislauf verfügt über einen Zweierverbund mit FU-gesteuertem Führungsverdichter, ein eigenes Verflüssigerregister (NK) mit je zwei EC-Hocheffizienzlüftern und einen Plattenwärmetauscher mit elektronischem Expansionsventil. Ein internes Hydraulikmodul mit zwei redundanten drehzahlgeregelten Ladepumpen erhöht die Maschinenverfügbarkeit zusätzlich. Jeder Kältekreis ist mit einem 53 kW-Plattenwärmetauscher zur Wärmerückgewinnung ausgestattet. Dieser kann sowohl zur Enthitzung als auch zur Vollverflüssigung genutzt werden.
Die auf SPS-Basis entwickelte Skadec-Maschinensoftware ist individuell zugeschnitten. Über Temperaturfühler im Sole-Pufferspeicher und in Vor- und Rücklauf der Maschine wird der aktuelle Kältebedarf der Verbraucher erfasst und die bereitgestellte Kühlleistung angepasst. Die Regelung arbeitet autark von den standardmäßig bei dieser Supermarktkette verwendeten Kühlstellenreglern, sodass es keine kritischen Schnittstellen gibt. Alle relevanten Prozesswerte werden kontinuierlich überwacht, damit Störungen durch Unregelmäßigkeiten im Betrieb frühzeitig erkannt werden können. In diesem Fall wird Kratschmayer automatisch durch eine E-Mail informiert und kann eingreifen, bevor es zu einem Ausfall der Anlage kommt. Sollte es dennoch zu einer Störung kommen, wird die Maschine in einen Notfallmodus versetzt. In diesem Modus wird ein Stillstand des Solesatzes so lange wie möglich hinausgezögert. Die Anlage stellt durch Analyse verschiedener Prozesswerte die maximale, noch verfügbare Kälteleistung bereit, damit die Kühlguttemperatur möglichst lange gehalten werden kann, um Produktschäden zu vermeiden.
Zur manuellen Prozessanalyse und Rekonstruktion des Betriebsverhaltes verfügt die Software über einen Datenlogger, der alle relevanten Prozesswerte aufzeichnet. In Kombination mit dem installierten Fernwartungsrouter ermöglicht dies besonders während der Inbetriebnahme-Phase eine komfortable Analyse des Systemverhaltens und die Feinjustierung der Regelparameter. Das Bedienungskonzept via Touch-Display erleichtert den Monteuren der ausführenden Fachfirma das Erfassen von Prozessdaten und das Anpassen von Einstellungen.
Auch die Skadec-Wärmepumpe mit 214 kW Heiz- und 187 kW Kühlleistung, die zur Raumklimatisierung der Verkaufsräume eingesetzt wird, besticht durch maximale Effizienz und Verfügbarkeit. Die Maschine ist ähnlich dem Kaltsolesatz in zwei redundante Kältekreise aufgeteilt. Jeder Kreislauf beinhaltet einen Inverter geregelten Verdichter, einen separaten Luftwärmetauscher mit zwei EC-Lüftern sowie je zwei getrennte elektronische Expansionsventile für den Kühl- und Heizmodus. Der Wasserwärmetauscher wird von beiden Kreisen gleichzeitig unabhängig genutzt. Dieser Aufbau bietet bei Wärmepumpen die Möglichkeit, beide Kreise unabhängig voneinander im Heiz- oder Kühlmodus zu betreiben, und bietet Redundanz.
Besonders in Hinblick auf das Abtauen im Heizbetrieb kann jeder Kreis zum energetisch optimalen Zeitpunkt abgetaut werden. Dieser Abtauzeitpunkt sowie die Art der Abtauung (Kreisumkehr/Umluft) wird von der Skadec-Wärmepumpensoftware unter Berücksichtigung verschiedener Prozessdaten (u. a. Druckverhältnisse im System, Außentemperatur ...) errechnet. Die Zusatzfunktionen Notbetrieb und Fehlerfrüherkennung sind auch in der Wärmepumpe implementiert.
Verena Römer,
Assistentin Projektleitung Kältetechnik bei Kratschmayer, Kupferzell-Rüblingen
