Eine Lösung für diese Situation ist das Regelverfahren Frigotakt plus von Wurm, das bereits bei mehreren Handelsketten im Einsatz ist. Dieses Verfahren ist Bestandteil des im Markt weitverbreiteten Regelsystems Frigolink. Allerdings wird das Softwaremodul vielfach nicht aktiviert und so auf die Vorteile verzichtet. Mit dem genannten Verfahren lassen sich die Kälteverbundanlage im Verbrauchsoptimum betreiben und Schwachstellen zur weiteren energetischen Optimierung aufspüren.
Der Wirkungsgrad ist entscheidend
Die Auslegungsparameter der Kälteanlage richten sich immer nach dem worst case, das heißt heißer Sommertag mit warmen, feuchten Umgebungsbedingungen an den Kühlstellen. Die Komponenten der Anlage haben in der Regel den besten Wirkungsgrad bei einem kontinuierlichen Betrieb, genau diesen strebt das beschriebene Regelungssystem an. Dazu sammelt Frigotakt plus automatisch alle Daten der Kühlstellen und der Verbundanlage eines Marktes. Anhand dieser Daten wird für die kommende Regelungsperiode die optimale Verbundschaltsequenz modelliert und mit den Kühlstellen abgestimmt. Ziel ist es, die Verdampfungstemperatur so niedrig wie nötig und so hoch wie möglich zu halten, da sich so der COP einer Anlage erhöht.
Die Verbundanlage wird dabei so gesteuert, dass diese proaktiv und intelligent die Kälte bereitstellt. Diese wird gebündelt und exakt in der erforderlichen Menge und zum gewünschten Zeitpunkt geliefert. Eine solche Arbeitsweise beeinflusst die Taktung der Verbundanlage so positiv, dass die Verdichter mit sehr viel weniger Schaltungen auskommen.
Die Verdampfungstemperaturkurve der Kälteanlage wird wesentlich gleichmäßiger und die Temperatursicherheit erheblich verbessert. Dies führt zu deutlichen Kosteneinsparungen, da nur die tatsächlich benötigte Energie angefordert und die Ausfallgefahr minimiert wird. Das zustande kommende kontinuierliche Belastungsprofil durch geringere Leistungsaufnahme trägt entscheidend zu den reduzierten Energiekosten bei. Eine so gesteuerte Anlage arbeitet deshalb deutlich effizienter als Anlagen mit bisher bekannten Regelverfahren, weil schon im Vorfeld mittels einer vollständigen Simulation aller Kältekomponenten zeitabschnittsweise die optimale Verdampfungstemperatur vorausberechnet wird.
Komponenten des Erfolgs
Für einen Lebensmittelmarkt wird dafür auf Kühlstellenseite je Kühlstelle ein Feldmodul installiert. Das übergeordnete Hauptmodul erfasst bis zu acht Feldmodule. Hauptmodule in denen Frigotakt plus integriert ist organisieren die Kühlstellen fortlaufend und fordern beim Verbundhauptmodul ein errechnetes T an. Auf Verbundseite ist ebenfalls ein Hauptmodul mit aktiviertem Frigotakt plus erforderlich sowie ein Feldmodul pro ein oder zwei Verdichter. Hier managt das Hauptmodul die Verdichter und stellt das erforderliche T zur Verfügung.
Die neuen leistungsfähigen Microcontroller besitzen eine hohe Rechenleistung und ermöglichen so eine Online-Modellierung aller Kältekomponenten einer Anlage mit den jeweils erforderlichen Temperaturlinien. Dadurch wird kontinuierlich der energetisch günstigste Betriebspunkt ausgewählt.
Weiterhin sind sämtliche Regelprozesse der Kälteanlage miteinander vernetzt, damit sich alle Regler automatisch koordinieren. Dadurch können sich diese kontinuierlich gegenseitig feinjustieren und zu einer bestmöglichen Arbeitsweise der Kühlung beitragen. Zum Beispiel erkennen die Kühlstellenregler, ob die Anlage im Schwachlastbetrieb arbeitet und deshalb die Schaltstrategie der Kühlbefehle so verändert werden muss, dass der Betriebspunkt wiederum den optimalen Wert annimmt.
Durch Analyse und Simulation zu optimierten Kühlstellen
Das Ziel der Kostenreduktion ist nicht nur von der richtigen Auswahl der Kühlstellen-Komponenten und deren Einsatz im richtigen Temperaturbereich abhängig. Auch die sorgfältige Bestückung der Kühlstelle und die regelmäßige Wartung und Reinigung sind Einflussfaktoren. Aber insbesondere durch die permanente Auswertung der Anlage mit einer solchen Anwendung werden Schwachstellen im System und Fehlfunktionen direkt erkannt und können unmittelbar behoben werden, was zu weiteren entscheidenden Einsparungen führen kann. Denn jeder Kühlstellenregler berechnet zunächst für sich selbst die Verdampfungstemperatur, die bei Solltemperatur und 100 Prozent Einschaltdauer des Kühlbefehls erforderlich ist.
Der Algorithmus stellt dem Kälteanlagenbauer über Display oder die Teleservice-Software die Information T-EFF zur Verfügung, das heißt die Verdampfungstemperatur, wenn der Betrieb der Kühlstelle mit einer 100-prozentigen Einschaltdauer möglich ist, sowie T-MAX, also die erforderliche Verdampfungstemperatur, wenn weniger als 100 Prozent der Zeit gekühlt werden kann. Diese werden dann entsprechend zur Analyse der Anlage herangezogen.
Störende Prozesse, die einen Betrieb der Kühlstelle bei voller Einschaltdauer verhindern, werden vom Algorithmus perspektivisch behandelt. Dadurch werden Störungen der kontinuierlichen Betriebsweise, wie z. B. Abtauungen, vorausschauend berücksichtigt.
Stärkung der Wettbewerbssituation
Lebensmittelmärkte können mit einer solchen Regelung einen wesentlich effizienteren Betrieb ihrer Kälteanlage erreichen. Der Mehraufwand dafür besteht lediglich in der Eingabe des jeweiligen Kältebedarfs jeder Kühlstelle sowie in der Zuordnung der Kühlstellen zum jeweiligen Verbund. Diese Eingaben sind in wenigen Minuten durchgeführt und haben sich sehr schnell amortisiert. Denn es wird deutlich elektrische Energie eingespart und die Betriebslaufzeit der Anlage aufgrund der reduzierten Zahl von Verdichterschaltungen verlängert. Dadurch wird die Wettbewerbssituation gestärkt und ein wesentlicher Beitrag für die Umwelt geleistet.
Zudem lässt sich die Kälteanlage wirkungsvoll mittels einer entsprechenden Steuerung für die Gebäudeklimatisierung nutzen und sinnvoll mit dem Wärmepumpenbetrieb für das Heizen entsprechender Gebäudekomplexe vernetzen. Denn Frigotakt plus besitzt die Eigenschaft, Kühlstellen, Verdichter und Verflüssiger in einem optimierten, ganzheitlichen Ansatz zu regeln. Dabei wird der erforderlichen Warentemperatur jeder einzelnen Kühlstelle eine zentrale Bedeutung beigemessen. Ebenso wird eine kontinuierliche, zuverlässige Betriebsweise realisiert.
Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) hat das Potenzial dieser Anwendung erkannt und bei Verleihung des Effizienzpreises 2009 mit dem ersten Preis in der Kategorie Kälte-Komponenten und -Systeme ausgezeichnet. -
Gianluca di Lieto
Vertrieb und Marketing, Wurm GmbH & Co. KG Elektronische Systeme, Remscheid
