Trotz besonderer Sicherheitsstandards sind Propan-Anwendungen nach Meinung der Initiative eurammon einfach umsetzbar und finden zunehmend Anklang bei Planern, die für neue Kälteanlagen eine ökologisch und energetisch nachhaltige Lösung suchen. Propan trägt nicht zum Treibhauseffekt bei und hat ein geringes Erderwärmungspotenzial. Ein weiterer Vorteil ist die kurze Amortisationszeit durch niedrige Energie- und Betriebskosten. In welchen Bereichen sich Propan besonders eignet, zeigen die folgenden Fallbeispiele.
Stadt Lübbecke setzt auf umweltbewusste Kühlung
Mit dem Wunsch nach einer neuen Kälteanlage, die sowohl ihr Gebäude klimatisiert als auch den Serverraum zuverlässig kühlt, wandten sich die Stadtwerke Lübbecke an die Wilhelm Schriefer GmbH. Der Anlagenbauer sollte eine umweltschonende Lösung mit einem Kühlsatz finden, dessen Kältemittel idealerweise weder den Abbau der Ozonschicht noch die Erderwärmung verstärkt. Nach eingehender Prüfung fiel die Wahl auf einen Solekühlsatz mit dem natürlichen Kältemittel Propan. Die chemischen Eigenschaften des Kohlenwasserstoffes wurden in der Projektierung berücksichtigt: Anhand der geschätzten Kältemittel-Füllmenge von 2,5 kg wurde ein Konzept zur Handhabung mit Sicherheitsmaßnahmen erstellt. Hierzu zählte auch die Außenaufstellung der Anlage auf dem Dach der Stadtverwaltung Lübbecke.
Ein hoher Vormontagegrad erleichterte den Aufbau des kompakten Gehäuses, das neben dem Kaltwassersatz alle weiteren Bauteile, Wasseranschlüsse, Sicherheitsorgane und die Steuerung umfasst. Neben Grundkomponenten wie Verflüssiger und Verdampfer entschied sich der Anlagenbauer für die spezielle R 290-Ausführung eines halbhermetischen Hubkolbenverdichters von HKT Huber-Kälte-Technik. Zusätzlich wurden ein Niederdruck- und ein Hochdruckwächter sowie ein Sicherheitshochdruckbegrenzer in der Anlage verbaut. Ein Saugwärmeübertrager steigert die Effizienz der Anlage, da eine erhöhte Enthalpiedifferenz bei gleicher Kältemittelmenge mehr Wärmeenergie aufnehmen lässt.
Die hieraus erzielten Kostenersparnisse gleichen den Investitionsaufwand für den Wärmeübertrager binnen eines Jahres wieder aus. Überzeugend sind nicht nur die ökologischen Vorteile der Anlage, sondern auch die Gesamtkostenbilanz. Unabhängig von allen politischen Debatten sprechen die genannten Argumente eindeutig für diese umfassend nachhaltige Technik. Die niedrigen Betriebskosten gleichen die anfänglichen Mehrkosten in weniger als drei Jahren aus, so Karl Huber, Geschäftsführer der HKT Huber-Kälte-Technik GmbH.
Deutsche Supermarktkette kühlt und heizt mit Integralanlagen
Die neuartige Kompakteinheit einer deutschen Supermarktkette sollte den aktuellen Umweltstandards entsprechen und dabei kostengünstig sein. Das Ziel war es, eine vorgefertigte Einheit zu entwickeln, welche die Erzeugung des Kältebedarfs für die Kühlmöbel und Kühlräume sowie die Klimatisierung des Verkaufsraumes und die Wärmeversorgung für eine Bodenheizung inklusive der elektrotechnischen Ausstattung für den gesamten Markt übernimmt.
Die Futron GmbH fertigte das Konzept und entwickelte zusammen mit der thermofin GmbH die neue Unit. Überzeugende Argumente für den Einsatz von Propan als Kältemittel waren die hohe Leistungszahl, die niedrige Drucklage und Druckgasendtemperatur wie auch der vergleichsweise niedrige Preis, erklärt Willy Löffler von thermofin. Die Kompaktanlage umfasst sowohl die Kälteanlage mit 130 kW Kälteleistung zur Kühlung als auch eine Wärmepumpe mit 40 kW Heizleistung. Die Kühlmöbel und Kühlräume werden mit Propylenglykol als Kälteträger indirekt gekühlt. Der Bedarf an Tieftemperatur wird mit einem zusätzlichen Kälteaggregat als CO2-Kaskade ergänzt.
Ein zusätzlicher Verdampferkreislauf in den Lamellenblöcken der luftgekühlten Verflüssiger bringt die Wärme aus der Umgebungsluft für die Fußbodenheizung. Nicht nur der geringe Energieverbrauch der Anlage ist vorteilhaft, sondern auch der positive Effekt beim Umweltschutz. Denn die Charakteristika von Propan reduzieren das CO2-Äquivalent des Kältemittels von 9,07 t auf nahezu 0. Der Prototyp der Integralanlage hat die Erwartungen unseres Kunden übertroffen. Es sind mittlerweile mehr als 200 Anlagen in Betrieb, die belegen, dass Propan durchaus serientauglich ist, bemerkt Willy Löffler.
Kaskadenanlage kühlt Hopfen in der Hallertau
Als einer der weltweit größten Hopfenhändler mit eigener Produktion setzt Hopsteineraus Mainburg (Hallertau) auf natürliche Kühlung. Die alte R 404 A-Kälteanlage sollte durch eine größere Kaltsole-Anlage mit 130 kW ersetzt werden. Um die klebrigen Hopfendolden mechanisch zu verarbeiten, werden Temperaturen bis 35 °C benötigt. Auf dieser Basis konzipierte Robert Baust von der Robert Schiessl GmbH eine Kaskadenanlage mit CO2 und Propan, die überzeugte. Entscheidend dafür war das Gesamtpaket einer zukunftssicheren und umweltfreundlichen Lösung mit geringen Betriebskosten. Die Investitionssumme glich sich in kurzer Zeit durch die öffentliche Förderung des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) wieder aus. Das Ministerium unterstützt seit 2009 die Sanierung alter und den Bau neuer Kälteanlagen mit bis zu 25 Prozent. Dazu müssen alle vorgeschriebenen Richtlinien eingehalten werden, beispielsweise der Einsatz natürlicher Kältemittel, die Einhaltung eines spezifischen TEWI-Wertes und ein festgelegter Jahres-Elektroenergieverbrauch.
Bei der Planung der komplexen Propan/CO2-Kaskadenanlage galt es, neben spezifischen Charakteristika der Kältemittel auch besondere Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, um gefährliche Situationen mit eventuell austretendem Propan zu vermeiden. Insgesamt wurden sechs halbhermetische Hubkolbenverdichter von Bitzer eingebaut, die exakt auf Propan und auf subkritische CO2-Anwendungen abgestimmt sind. Außerdem entschied sich der Planer, die neue Mikrokanal-Technologie von Güntner zu verwenden: Einen Enthitzer für R 744, einen Verflüssiger und einen Unterkühler für R 290. Diese Komponenten bestehen vollständig aus Aluminium und sind Teil einer neuen Serie, die speziell für entflammbare Kältemittel wie Propan zugelassen ist. Wegen der speziellen Komponenten ist die Anlage effizient und hält die Betriebskosten niedrig.
Zusätzliche energetische Vorteile schaffen drehzahlgeregelte Verdichter mit Frequenzumrichter und elektronische Einspritzventile. Die Anlage erreicht einen COP-Wert, der bei einer Soletemperatur von 38 °C bis zu 2,3 betragen kann. Die Firma Hopsteiner ist mit dem Konzept so zufrieden, dass sie uns bereits mit einer zweiten Kaltsoleanlage mit 100 kW natürlich mit Propan beauftragt hat, so Robert Baust von Schiessl.
Weitere Einsatzbereiche für Propan
Die Praxisbeispiele zeigen, dass Propananlagen umweltschonend und energieeffizient sind. Auch technisch ist von der maßgeschneiderten Anlage bis zum ausgereiften Serienmodell bereits vieles machbar. Schon heute behauptet sich Propan in mittleren und kleinen Leistungsbereichen bis 100 kW wie im Lebensmitteleinzelhandel, bei Wärmepumpen oder Klimaanlagen aber auch in der Logistikkühlung mit Kälteleistungen bis 300 kW. Perspektivisch hat Propan das Potenzial sich, ähnlich wie CO2, verstärkt durchzusetzen. Die hohe Effizienz von Propananwendungen ist dabei ein ausschlaggebendes Argument, um Planer und Betreiber zu dieser umweltfreundlichen Alternative zu bewegen. -
Kohlenwasserstoffe
Kälteanlagen mit Kohlenwasserstoffen wie Propan (C3H8), in der Kältetechnik auch bekannt unter der Bezeichnung R 290 oder Butan (C4H10), bekannt unter der Bezeichnung R 600 a, sind weltweit seit vielen Jahren in Betrieb. Kohlenwasserstoffe sind unter Druck verflüssigte, farb- und fast geruchlose Gase, die weder ein Ozonabbaupotenzial (ODP = 0) noch einen nennenswerten direkten Treibhauseffekt (GWP = 3) haben. Wegen ihrer günstigen thermodynamischen Eigenschaften sind Kohlenwasserstoffe besonders energiesparende Kältemittel. Sie sind schwerer als Luft und wirken in hohen Konzentrationen narkotisierend und erstickend. Kohlenwasserstoffe sind brennbar und können mit Luft explosive Gemische bilden. Aufgrund der vorhandenen Sicherheitsvorrichtungen liegen die Kältemittelverluste jedoch nahe Null. Kohlenwasserstoffe sind weltweit preiswert erhältlich und werden wegen ihrer vorteilhaften kältetechnischen Eigenschaften besonders in Anlagen mit geringen Füllmengen eingesetzt.
