Der gegenwärtige Beschluss des CGF macht dies sehr deutlich: die Mitglieder sollen dort, wo es gesetzlich gestattet und Alternativen verfügbar sind, bis 2015 auf HFKW-Kältemittel in Kälteanwendungen verzichten und HFKW-freie Kältemittel einsetzen. Auf der Londoner CGF Konferenz – mit Tesco als Gastgeber – trafen sich etwa 150 Einzelhändler und Technologieversorger, um Hindernisse zu beseitigen und Lösungsvorschläge zu diskutieren und um eine weltweite Aufmerksamkeit für Kälteanlagen mit natürlichen Kältemitteln zu bewirken. Zwei der Kernaussagen dieses Gipfels: Kälteanlagen mit natürlichen Kältemitteln haben sich über viele Betriebsstunden im Handel bewährt und die Kosten für Kälteanlagen mit natürlichen Kältemitteln sinken, wodurch sie zunehmend zu einer wettbewerbsfähigen Lösung für den Einzelhändler werden. Nach der Veröffentlichung der F-Gase-Verordnung ist der Zeitrahmen für die Reduzierung der HFKW-Kältemittel festgelegt. Die weltweit abgestimmten Aktivitäten des CGF passen gut zur europäischen F-Gase-Verordnung und es überrascht nicht, dass natürliche Lösungen wie CO2 (R 744) und Propan (R 290) sich auf dem Vormarsch befinden.
Abhängig von der Region und der eingesetzten Technologie haben CO2-Lösungen für mittlere bis große Supermärkte bereits ein Rentabilitäts- und Kostenniveau erreicht, das CO2-Anlagen sehr interessant macht. Im Vergleich zu HFKW-Kälteanlagen sind CO2-Anlagen für kleinere Geschäfte in Europa, wie etwa kleine Supermärkte oder Convenience Stores“ des täglichen Bedarfs, immer noch eine kostenintensive Herausforderung. Für kleinere Läden gibt es drei Hauptkriterien, die für eine Betrachtung zur Umstellung auf CO2 herangezogen werden:
Kostenvergleich mit herkömmlichen HFKW-Anlagen
Rentabilitätsniveau
Kompaktheit
Diese Kriterien unterscheiden sich nicht von denen größerer Läden, sind aber schwieriger zu erfüllen. Seit 2012 arbeitet der englische Anlagenbauer Space Engineering mit Emerson Climate Technologies gemeinsam an der Entwicklung einer Anlage, die diese Probleme und die Herausforderungen der Endverbraucher lösen sollte. Um den Anforderungen eines großen Verbrauchermarkt-Einzelhändlers in England bezüglich der o. a. Kriterien gerecht zu werden, entstand eine kleine kompakte CO2-Boosteranlage für die Tief- und Normalkühlung, bei der unterschiedliche Verdichtertechnologien zusammengefügt wurden. Dieser Verbundsatz von Space Engineering kombiniert mit neuen Technologien von Emerson Climate Technolgies insbesondere
Copeland unterkritische CO2-Scrollverdichter der ZO/ZOD Baureihe
transkritische halbhermetische Verdichter der Stream Baureihe
kontinuierliche Leistungsregelung für die Tief- und Normalkühlung
Ölausgleichssysteme von Traxoil und
Regler und verdichtereigene Elektronik
Dies brachte eine neuerliche Entwicklung hervor: die erste CO2-Boosteranlage, die Scrolltechnologie und halbhermetische Verdichtertechnologien kombiniert. Diese Kombination ermöglicht eine drastische Kostensenkung (verglichen mit traditionellen Boostersystemen), eine Kompaktheit und Reduzierung der Aufstellungsfläche sowie einen Grad an Rentabilität, der die Anforderungen des Einzelhändlers zufriedenstellt. Die Anlage verwendet zwei transkritische halbhermetische Stream-Verdichter auf der Hochdruckseite und zwei Scrollverdichter für die Tiefkühlung.
Fünf Gesichtspunkte in der Gestaltung ermöglichen die Herabsetzung der Anlage- bzw. Investitionskosten:
1. Auswahl des Rohrmaterials
Die Verwendung von Kupferrohren anstelle von Stahl ergibt zehn Prozent Einsparung und eine Reduzierung der Bauzeit von sechs Tagen. Das Vorbiegen der Rohre vermindertdie Anzahl der Lötverbindungen um 60, und das Verlöten von Kupfer geht wesentlich schneller als mit Stahl (5 min für einen Kupfernaht verglichen mit 30 min bei Stahl).
2. Anwendung der Scrolltechnologie
Ein entscheidender Vorteil von Scrollverdichtern ist deren Leichtigkeit und die geringe Größe. Ein typischer Scroll wiegt 20 kg im Vergleich zu 50 kg eines vergleichbaren halbhermetischen Verdichters. Das Gehäuse ist kostengünstiger herzustellen und die Verdichter lassen sich einfacher handhaben und anschließen; das erweist sich beim Anlagenservice als vorteilhaft. Die Verwendung eines Scrolls anstelle eines Halbhermetikverdichters bringt zwei Prozent Kosteneinsparung und eine Arbeitszeiteinsparung von zwei Stunden.
3. Digitale Scrolltechnologie für Leistungsregelung
Die digitale Modulation mit Scrollverdichtern ist bereits eine bewährte und getestete Technik für stufenlose Leistungsregelung in HFKW-Anlagen. In CO2-Anlagen liefert sie die gleichen Vorteile: Anpassung der erforderlichen Leistung von 10 bis 100 Prozent bei geringer anfallenden Kosten gegenüber eines Inverters und den dazugehörigen Teilen. Ergebnis: fünf Prozent geringere Kosten und zwei Stunden Bauzeiteinsparung.
4. Anwendung verdichter-eigener Elektronik
Ein Merkmal des Copeland-Stream-Verdichters für CO2-Normalkühlung ist das verdichtereigene Schutz- und Dia-gnosemodul CoreSense. Durch Anwendung dieser CoreSense-Technologie, die zur Standardausstattung bei allen halbher-metischen Stream-Verdichtern gehört, brauchen OEMs der Anlage keine Sicherheitseinrichtungen mehr hinzuzufügen. Das ergibt eine zweiprozentige Kosteneinsparung und weitere zwei Stunden Ar-beitszeiteinsparung. Des Weiteren liefert die Einbindung der Elektronik dem Nutzer Vorteile, wie Betriebs- und Ausfallzeitenanalyse, Leistungsverbrauch und Ferndiagnose.
5. Hochdruck-Ölreguliersystem
Die letzte Kosteneinsparungsquelle resultiert aus der Verwendung eines 130-bar- Ölreguliersystems. Durch dessen Einsatz entfallen eine Reihe benötigter Komponenten wie Ölsammelbehälter, Ölfüllmagnetventil und doppelte Druckentlastungsventile. Verglichen mit einer Anlage, die einen Ölsammelbehälter verwendet, spart man eine Herstellungszeit von vier Stunden und zwei Prozent Materialkosten ein.
Der Gesamteinfluss der Gestaltungs- und Materialinitiativen für das Gesamtpaket gegenüber einer vergleichbaren HFKW-Anlage führt zu einer bis zu 50 Prozent höheren Kostenreduktion der Verbundanlage und einer Gesamtinstallationseinsparung von 35 Prozent. Weitere Einsparungen werden mit steigendem Produktionsvolumen erwartet. Da die Kosten als Schlüsselelement für die Verwendung von CO2 in einem Geschäft anzusehen sind, muss ein Grad von Rentabilität erreicht werden, der mindestens dem von Standard-HFKW-Anlagen entspricht. Die Tabelle zeigt den Vergleich einer herkömmlichen R 404 A-Verbundanlage mit dem einer kombinierten Boosteranlage unter Anwendung der Scroll/Halbhermetikverdichter-Technologie. An den Zahlen kann man erkennen, dass man mit der kombinierten CO2-Boostertechnologie eine etwa sechsprozentige Erhöhung der gesamten Leistungszahl (COP) und jährliche kWh-Einsparungen von drei Prozent erzielt. Durch Integration von Wärmerückgewinnung kann die Rentabilität weiter optimiert werden, wodurch sich die jährlichen Einsparungen um weitere elf Prozent erhöhen könnten. Eine Verbesserung des COP wird durch den Inverterbetrieb für die Normalkühlung und die Digitaltechnologie im Tieftemperaturbereich ermöglicht.
Zu guter Letzt ist der Faktor Kompaktheit zu berücksichtigen. Der verfügbare Platz ist bei allen Ladengrößen eingeschränkt, in kleineren Geschäften jedoch eine besonders kritische Größe. Die sich ergebene finale Standfläche des hier abgebildeten Verbunds wurde durch einen iterativen Gestaltungsprozess erreicht, basierend auf 3D-Simulationen und dem Bau von Prototypen und Versionen vor der Produktion. Das Ergebnis war eine Verringerung der Stellfläche von 26 Prozent gegenüber der Originalversion. Die Kompaktheit des Scrolls mit seiner kleineren Grundfläche im Vergleich zum halbhermetischen Verdichter hat zu dieser Verbesserung beigetragen sowie die Verwendung vorgebogener Rohrsegmente, die die Anzahl von Befestigungen und Anschlüssen bedeutend herabsetzen konnte. Wie bei je-der Neuerung: Probieren geht über Studieren. Das neue Boosterverbundsystem wurde in Bristol fast ein Jahr lang unter Laborbedingungen getestet und befindet sich nun in der Serienproduktion. Bis Ende 2013 wurden 20 kleinere Läden mit diesen Systemen ausgestattet und bis Ende 2014 werden es viele weitere sein. Natürlich hört die Arbeit damit nicht auf. Viele neue Technologien wurden erfolgreich angewendet und weitere Aspekte, um die Anlagenkosten und die Rentabilität zu verbessern, wurden schon identifiziert. Nur durch kontinuierliche Weiterentwicklung und eine Erhöhung der Stückzahlen können wir die Schlüsselkriterien erfüllen und erreichen, die es den Einzelhändlern ermöglichen ihren Verpflichtungen nachzukommen, natürliche Kältemittel anzuwenden.
Dr. Frank Rinne,
Director Application Engineering, Emerson Climate Technologies GmbH, B-Welkenraedt
Fußnoten
1 Sylvain Lamy ist Director Marketing Commercial Refrigeration bei Emerson Climate Technologies
2 Basierend auf einer durchschnittlichen Kondensationstemperatur von 25 °C einer Anwendung in Großbritannien
3 Basierend auf tatsächlichen Betriebsstunden
