Projekt Hopfenlagerraum

10.04.2014 | Veröffentlicht in Ausgabe 04-2014

Mit der Verabschiedung der Revision der F-Gase-Verordnung kommt es zu einer Verschärfung der Vorschriften. Vor diesem Hintergrund ist es verständlich, dass natürliche Kältemittel verstärkt im Fokus stehen. In diesem Projektbericht wird geschildert, wie ein sehr großer Hopfenlagerraum mit dem Kältemittel Propan (R 290) höchsteffizient gekühlt wird. Robert Baust, Oberhaching

Die Firma Hopsteiner plante die Erweiterung ihres Hopfenlagers. Direkt hinter dem bestehenden Hopfenlager sollte ein zweitesLager gleicher Größe erstellt werden. Die Grundfläche des Lagers beträgt 50 x 30 m, bei einer Höhe von 32 m. Das ergibt ein zu kühlendes Volumen von 48000 m³. Da man mit der grundsätzlichen Funktion beim bestehenden Lager zufrieden war, sollte es dabei bleiben. Bei 3 °C Raumtemperatur leistet die Kälteanlage ca. 100 kW. Der Kältebedarf wird von einem luftgekühlten Verbund mit zwei Verdichtern von Bitzer gedeckt (Kältemittel R 404 A). Die Luftkühler sind als direktverdampfende Standluftkühler mit Kanalanschluss ausgeführt.

Der Betreiber und Kälteanlagenbauer Heilmeier, Pöttmes, haben mit einer Kaskadenkälteanlage (s. KK 3/2013) mit Propan(R 290) und CO₂ (R 744) bereits positive Erfahrungen mit natürlichen Kältemitteln gesammelt. Auch aus diesem Grund sollte bei der neu zu erstellenden Anlage das Kältemittel R 290 zum Einsatz kommen.

Das Sicherheitskonzept für die Aufstellung des Verbundes in einen bestimmten Technikraum wurde von der bewährten Kaskadenanlage übernommen. Damit können weitestgehend Standardbauteile (kein Atex) verwendet werden und es gibt keine Füllmengenbegrenzung. Um bei möglichen Leckagen eine brennbare Atmosphäre zu verhindern, ist eine zweistufige Propanwarnanlage vorgesehen. Die erste Stufe gibt Voralarm und bei Erreichen von 25 Prozent der unteren Brennbarkeitsgrenze wird Hauptalarm ausgelöst. Das bedeutet: Alle Komponenten, die nicht in Atex ausgeführt sind, werden spannungsfrei geschaltet, eine Alarmmeldung wird optisch, akustisch und als Meldung abgesetzt und der Lüfter in Atex-Ausführung saugt den Technikraum ab. Der Verflüssiger, Sammler und Unterkühler sind in einer deklarierten Gefahrenzone auf dem Flachdach aufgestellt.

Besonderer Brandschutz

Eine Besonderheit bietet der Brandschutz im Hopfenlagerraum. Der Hopfen wird als getrocknete Ballenware gelagert und ist leicht brennbar. Aus diesem Grund muss eine wirksame Brandschutzanlage vorge-sehen werden. Übliche Sprinkleranlagen haben einen gewissen Wartungs- und Überwachungsaufwand. Auch der mögliche Wasserschaden im Auslösefall ist zu beachten.Hopsteiner wählte deshalb einen anderen Weg. Der Sauerstoffgehalt der Luft im Lagerraum wird von den üblichen 21 Prozent mit Stickstoff auf 15 Prozent abgesenkt. Das entspricht etwa der Atmosphäre in 2 500 m Höhe und ist für den Menschen völlig unbedenklich. Aber in dieser Atmosphäre ist es nicht mehr möglich, ein Feuer zu entfachen, so verlischt z. B. eine Feuerzeugflamme, sobald man den Raum betritt.

Der prinzipielle Aufbau der Kälteanlage ist ein luftgekühlter Kaltsolesatz mit Wärmerückgewinnung (WRG). Als Kälteträger wird Ethylenglykol verwendet. Die erzeugte Kälte wird über zwei Güntner-Standluftkühler mit Kanalanschluss in den Raum eingebracht. Die Kanäle sind 32 m vertikal zur Raumdecke und 50 m horizontal unter der Decke geführt. Zur Überwindung der Druckverluste sind vier Axialventilatoren mit je 5,5 kW notwendig. Da nicht klar war, ob bei 3 °C Umluftabtauung genügend wirksam ist, wurden die Wärmeübertragerregister mit einer Elektroabtauung ausgestattet.

Kälteanlage auf Betriebssicherheit und Effizienz ausgelegt

Die Kälteanlage selbst ist auf Betriebssicherheit und Effizienz ausgelegt und ist deshalb mit einem Ölspiegelreguliersystem und großzügig dimensionierten Wärmeübertragern als Verflüssiger, Unterkühler und Verdampfer ausgestattet. Weiterhin wurde auf die besonderen Erfordernisse für Propan Rücksicht genommen und ein Plattenwärmeübertrager (Flüssigkeit) gegen Sauggas vorgesehen. Das ist notwendig, damit immer genügend Überhitzung erzeugt wird und das Kältemaschinenöl seine Schmierfähigkeit behält. Als Einspritzventil wird ein für Propan geeignetes elektronisches Einspritzventil verwendet. Die Regelung erfolgt von einem zentralen Schaltschrank, außerhalb des Technikraumes mit insgesamt vier Frequenzumrichtern von Kimo.

Das Regelkonzept ist so, dass die Sole-Vorlauftemperatur vorgegeben wird. In Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Soll- und Ist-Wert der Sole werden die beiden Verdichter 6HEP-35 von Bitzer, von denen einer frequenzgeregelt ist, angesteuert. Je nach momentaner Auslastung der Kälteanlage wird ein stetiges Signal zu den beiden Frequenzumrichtern der Standluftkühler gegeben und diese ebenfalls geregelt. Der vierte Frequenzumrichter ist für den Verflüssiger vorgesehen. Dieser wird in Abhängigkeit von der Außentemperatur immer auf die tiefst(möglich)e Verflüssigungstemperatur geregelt. Die Anlage lässt beim Betrieb nicht nur sehr niedrige Betriebskosten erwarten, sondern erfüllt auch alle Anforderungen für die 25-Prozent-Förderung durch die BAFA. Die Kosten für die WRG werden mit 35 Prozent gefördert.

Die erfolgreiche Inbetriebnahme erfolgte im Oktober 2013. Um die Halle abzukühlen, wurde testweise eine Sole-Vorlauftemperatur von 3 °C gewählt. Mit dem Erreichen des Soll-Wertes 3 °C konnte festgestellt werden, dass mit der recht hohen VL-Temperatur noch Reserven für höhere Außentemperaturen vorhanden sind. Der Eisansatz war minimal und konnte mit den Bedarfsabtaureglern ohne Hinzunahme der elektrischen Heizstäbe abgetaut werden. Die Verdampfungstemperatur pendelte sich wenige K unter der Soletemperatur ein. Bei Außentemperaturen zwischen 10 bis 15 °C konnte die vorerst eingestellte minimale Verflüssigungstemperatur von 25 °C gehalten werden. Weiterhin konnte beobachtet werden, dass auch bei Volllast der Verdichter und 25 °C Verflüssigungstemperatur das elektronische Einspritzventil noch nicht zu 100 Prozent offen war. Die minimale Verflüssigungstemperatur kann weiter abgesenkt werden, bis die Anwendungsgrenze der Verdichter von tc = 15 °C erreicht wird oder die Überhitzung größer als der Soll-Wert von 5 K wird.

Besonders bemerkenswert ist die Regelung der Standluftkühler. Da die Standluftkühler über Kanäle ausblasen, musste die Verminderung der Wurfweite nicht beachtet werden. Für den Probebetrieb wurde der Frequenzbereich von maximal 40 Hz und minimal 30 Hz gewählt. Je nach Belastung der Kälteanlage (die Abweichung vom Soll-Wert 3 °C), werden die Standluftkühler zwischen der maximalen und minimalen Drehzahl geregelt. Das Ergebnis ist erstaunlich, bestätigt aber die Theorie: Bei Ventilatoren steigt oder fällt die Leistungsaufnahme mit der dritten Potenz zur Drehzahl [(30/40)³ = 0,42]. Tatsächlich konnte eine Halbierung der Leistungsaufnahme an den Frequenzumrichtern abgelesen werden.

Fazit

Es konnte aufgezeigt werden, dass sich mit nur wenig Mehraufwand das Kältemittel Propan problemlos einsetzten lässt. Insbesondere mit der BAFA-Förderung sind die Anlagen auch von der Investition her interessant. Bei den Betriebskosten bietet die Anlage noch etwas Optimierungspotenzial,die durch Änderungen der Einstellungen während des Betriebs gemacht werden können. Aber schon jetzt kann mithilfe der Auslegungssoftware des Verdichterherstellers gezeigt werden, dass bei Außentemperaturen, die ungefähr dem Durchschnitt in Deutschland entsprechen, der COP bei über 5 liegt. -