Die Kälte- und Klimatechnik verbraucht 15 Prozent der gesamten Elektroenergie in Deutschland und belastet damit das Klima erheblich. Mit innovativen Konzepten lässt sich dies jedoch ändern: Teilnehmer am 4. Deutschen Kältepreis konnten durch neue Konzepte die gesamten Treibhausgasemissionen von Kälteanlagen um bis zu 97 Prozent mindern. Bei nicht selten geringen Investitionskosten sind Energieeinsparungen von 20 Prozent und bei kältetechnisch ausgefeilten Lösungen von über 90 Prozent möglich.
Kategorie 1 Kälte- oder klimatechnische Innovation
In der Kategorie 1 Kälte- oder klimatechnische Innovation wurde eine neuartige Kombination aus Druckluftkompressor und Absorptionskältemaschine der SFA-Drucklufttechnik GmbH, Walsrode, mit dem 1. Preis ausgezeichnet. Die Kältemaschine erzeugt Prozess- oder Klimakälte und wird durch die kostenfrei zur Verfügung ste-hende Abwärme von Druckluftkompressoren angetrieben. Dadurch kann auf zusätzliche Elektroenergie verzichtet werden; die Minderung der gesamten Treibhausgas-Emissionen liegt bei 80 Prozent.
Der zweite Preis ging an das Ingenieurbüro Dr. H. Förster aus Magdeburg, das eine neue Generation von Absorptionskälteanlagen entwickelt hat, die die gleichzeitige Nutzung der Rauchgas- und Kühlwasserabwärme von Blockheizkraftwerken ermöglichen und so zu einer deutlichen Erhöhung der Energieeffizienz führen. Den dritten Preis errang die TiLa Erich Lachenmeier GmbH & Co. KG aus Plüderhausen, die ihre Kälteanlage in eine Smart-Grid-Infrastruktur integriert. Dadurch kann zur Erschließung von Energieeffizienzpotenzialen beigetragen werden, indem Kühlräume als temporäre Energiespeicher für überschüssige erneuerbare Energien genutzt werden.
Kategorie 2 Installation von Kältemaschinen bzw. Klimaanlagen durch kleine Unternehmen
Erster Preisträger in der Kategorie 2 In-stallation von Kältemaschinen bzw. Klimaanlagen durch kleine Unternehmen ist eine geothermale Kälteerzeugung für IT-/Serverschränke der SK-Kältetechnik GmbH, Leverkusen. Sie verzichtet auf eine Kältemaschine und verwendet stattdessen eine natürliche Wärmesenke. Die in einem Rechenzentrum von den Servern erzeugte Abwärme wird mittels Wasser aus dem Gebäude heraustransportiert, das über ein geschlossenes Rohrleitungssystem bis in eine Bodentiefe von knapp 100 m gelangt und auf dem Weg dorthin abkühlt. Die Minderung der gesamten Treibhausgasemissionen liegt bei 92 Prozent.
Mit dem 2. Preis ausgezeichnet wurde eine in einem Autohaus eingesetzte Kombination aus Blockheizkraftwerk (BHKW) und Adsorptionskältemaschine der WBT GmbH, Bruck, zur Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung. Das BHKW heizt im Winter einen Verkaufsraum, im Sommer dient die vom BHKW angetriebene Kältemaschine zur Klimatisierung. Der 3. Preis ging an die optimierte Kältetechnik der Metzgerei Ammon, Fürth. Sie ersetzte elf Kompaktkältemaschinen durch zwei Hocheffizienz-Verbundanlagen mit elektronischer Drehzahlregelung und senkt so den Energieverbrauch für die Kälteerzeugung um die Hälfte.
Kategorie 3 Kälte- oder klimatechnische Sonderanwendungen
Die Kategorie 3 Kälte- oder klimatechnische Sonderanwendungen entschied ein neues Verfahren Energy Balance Function der Güntner AG & Co. KG für sich. Dabei wird die Ventilatordrehzahl von Verflüssigerlüftern entsprechend der Umgebungstemperatur und dem Lastzustand der Anlage geregelt. Dies vermindert die Summe der Leistungsaufnahmen von Verdichter und Verflüssigungsventilator. Durch dieses mit relativ geringen Investitionen verbundene System sind Energieeinsparungen und damit Minderungen der gesamten Treibhausgasemission von bis zu 22 Prozent möglich.
2. Preisträger in dieser Kategorie ist ein nachhaltiges Filial-Haustechnikkonzept für die Drogeriemarkt-Kette dm-drogerie markt GmbH + Co. KG, Karlsruhe, das auf kombinierten Wärmepumpen-/Klimasystemen basiert. Im Sommer werden im Klimaanlagenmodus Verkaufsräume gekühlt und die Luft wird entfeuchtet. Im Winter wird Heizwärme dadurch gewonnen, dass die Umgebungsluft außerhalb des Gebäudes abgekühlt wird. Mit demselben System kann Wärme auch zwischen verschiedenen Räumen verschoben werden.
Den 3. Preis errang ein Klimakompaktgerät mit integrierter Kältetechnik und doppelter freier Kühlung der Firma Energie.Controlling.Loose (ECL), Weilheim. Ein Klimakompaktgerät mit integrierter Kältetechnik nutzt in einem Rechenzentrum bei sehr niedrigen Außentemperaturen und damit automatisch niedriger Luftfeuchtigkeit die indirekte und bei steigender Außenlufttemperatur so lange wie möglich die direkte freie Kühlung. Auf diese Weise sind Energieeinsparungen bis 95 Prozent möglich.
Abwärme treibt Kältemaschine an
Die SFA-Drucklufttechnik GmbH nutzt die Abwärme von Luftkompressoren zum Antrieb einer Absorptionskältemaschine. Arbeitsstoffpaar ist Wasser/Lithiumbromid. Das einfach in die Praxis übertragbare Verfahren führt zu einer Minderung des Jahresenergieverbrauchs von 107 MWh, die Minderung der gesamten Treibhausgas-Emissionen in 15 Jahren liegt bei 80 Prozent. Mit dem Preisgeld will SFA ihr Verfahren weiter optimieren.
Die Erzeugung von Druckluft hat einen sehr niedrigen Wirkungsgrad, denn über 90 Prozent der aufgewendeten Antriebsenergie werden meist ungenutzt in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Teilweise werden diese Abwärmeströme bereits zur Unterstützung der Heizung genutzt. In zahlreichen Anwendungen und vor allem im Sommer wird jedoch keine Wärme benötigt, da diese ohnehin im Überfluss vorhanden ist.
Beim SFA-Verfahren dient diese Abwärme zum Antrieb einer Absorptionskältemaschine, die kaltes Wasser im Bereich von + 5 °C erzeugt. Damit können beispielsweise Räume klimatisiert und entfeuchtet oder Prozesse gekühlt werden. So wird nicht nur die Abwärme der Kompressoren genutzt, sondern auch Elektroenergie für den Antrieb einer herkömmlichen Kälteanlage gespart. Die Amortisationszeiten für die prämierten Systeme mit ölgeschmierten und ölfreien Kompressoren betragen ohne Zuhilfenahme staatlicher Fördermöglichkeiten vier bzw. sieben Jahre.
Kühlung aus der Erde
Die SK-Kältetechnik GmbH verzichtet komplett auf maschinelle Kühlung, denn sie setzt bei der Kühlung von IT-Server-Schränken auf Geothermie und steigert auf diese Weise die Energieeffizienz in Rechenzentren. Das Verfahren mindert die gesamten Treibhausgas-Emissionen in 15 Jahren um 92 Prozent. SK möchte das Preisgeld für die Weiterentwicklung einer computergestützten elektronischen Regelung verwenden. Damit könnten die wenigen elektrischen Verbraucher (Zirkulationspumpen und Ventilatoren) noch effizienter geregelt und der Verfahrensablauf protokolliert werden.
In vielen privaten Haushalten hat sich die Geothermie bereits etabliert. Immer mehr Hausbesitzer nutzen die Energie aus der Erde, um ihre Wohnräume im Winter zu beheizen und im Sommer zu kühlen. Geothermisch klimatisierte Rechenzentren sind jedoch heute noch die Ausnahme. Dabei steckt in dem Ansatz großes Potenzial: Nach aktuellen Studien entfallen 35 bis 50 Pro-zent des Energieaufwands eines Rechenzentrums auf die Klimatisierung. Durch Geothermie lässt sich dieser Anteil deutlich reduzieren.
SK-Kältetechnik setzt dafür anstelle einer künstlichen eine natürliche Wärmesenke ein. Über Wärmeübertrager und ein Kaltwassersystem wird die Wärme in eine Bodentiefe von knapp 100 m abgeführt, wo das Erdreich eine konstante Temperatur zwischen 9 und 14 °C hat und nicht durch jahreszeitliche Witterungsschwankungen beeinflusst wird.
Hoher Ertrag mit einfachen Mitteln
In der Kälte- und Klimatechnik werden zur Regelung der Verflüssigungstemperatur überwiegend einfache stetige Regler eingesetzt, die einen oder zwei feste Sollwerte aufweisen. Das neue Verfahren Energy Balance Function (EBF) der Güntner AG & Co. KG ermöglicht den energetisch optimierten Ventilatorbetrieb von Verflüssigern.
Dazu wird die Ventilatordrehzahl entsprechend der Umgebungstemperatur und dem Lastzustand der Anlage geregelt, was die Summe der Leistungsaufnahmen von Verdichter und Verflüssigungsventilator reduziert. Auf diese Weise sind Energieeinsparungen von bis zu 22 Prozent möglich. Die Minderung der gesamten Treibhausgas-Emissionen in 15 Jahren soll ebenfalls 22 Prozent erreichen. Güntner will das Preisgeld dafür verwendet, den prämierten Algorithmus auch für die Wärmeabfuhr mittels indirekter Systeme weiter zu optimieren und ihn möglichst schnell marktfähig zu machen.
Das EBF-Konzept ist durch eine hohe Übertragbarkeit in die Praxis bei vergleichsweise geringem Investitionsaufwand gekennzeichnet und eignet sich für alle Kältemittel. Die Wahl der Verflüssigungstemperatur in Kältekreisläufen hat einen starken Einfluss auf die Effizienz von Kaltdampf-Kompressionsmaschinen und -anlagen. Im Teillastzustand von Kälteanlagen kann die Leistungsaufnahme der Verflüssigerventilatoren in der Größenordnung der Leistungsaufnahme des Verdichters liegen oder diese sogar übertreffen. Dann ist es energetisch sogar günstiger, die Drehzahl der Verflüssigerventilatoren und damit deren Leistungsaufnahme zu senken. Dies führt zwar zu einem Anstieg der Verflüssigungstemperatur und dadurch zu einem geringen Anstieg der Verdichterleistungsaufnahme. Die Summe der Leistungsaufnahmen kann so jedoch deutlich reduziert werden. -
