Unter dem Motto Ökologisch Energiesparen und hohe Betriebssicherheit gewährleisten projektierte Tekloth aus Bocholt den Neubau einer landwirtschaftlich genutzten Gemüsekühlung. Diese wurde in einer Scheune auf dem Biohof Finke in Borkenwirthe zur Lagerung der kompletten Jahresernte an Karotten und Sellerie errichtet. Unterstützung erhielt das Handwerksunternehmen durch eine Kooperation mit Daikin Germany und dem Regler-Hersteller Cool Expert. Was an dieser Kühlung ist jedoch besonders?
Es ist vor allem die Übereinstimmung von hoher Betriebssicherheit zu geringen Betriebskosten, die eine entscheidende Rolle in der Projektierung ausmacht. Oft wirken sich diese Eigenschaften gegenteilig auf die Investitionskosten aus. Die von Tekloth gebaute Kälteanlage hingegen vereint eine hohe Systemeffizienz mit einer großen Betriebssicherheit.
Jedes Jahr im Oktober wird der 1039 m3 fassende Kühlraum mit der gesamten Ernte von circa 200 Tonnen Gemüse gefüllt. Die Karotten und der Sellerie werden dann in zehn Tagen von 25 °C auf 1 °C mit einem ZEAS-Verflüssigungssatz der Firma Daikin abgekühlt. Diese Verflüssigungseinheit bietet nicht nur eine hohe Kälteleistung für den Abkühlvorgang, sie kann auch eine genaue Leistungsanpassung für eine konstante Raumtemperatur sowohl im Winter wie auch im Sommer vornehmen.
Neben der Kondensatoreinheit sind aufgrund architektonischer und technischer Gegebenheiten zwei elektronische Expansionsventile in Verbindung mit zwei parallel geschalteten Güntner-Luftkühlern verbaut. Diese Kälteanlage bietet durch die direkte Verdampfung eine einfache Installation der Rohrleitungen.
VRV in der Kältetechnik
Mittels VRV-Technologie (Variable-Refrigerant-Volume-Technologie) stellt die Verflüssigereinheit mühelos die geforderte 40-kW-Kälteleistung zur Verfügung. Das platzsparende Gehäuse beinhaltet drei heißgasgekühlte Scrollverdichter, die durch die drehzahlgeregelte Inverter-Technologie verschiedenste Kälteanforderungen erfüllen können. Der Einsatz von Scrollverdichtern bietet einen wenig störungsanfälligen Aufbau mit einer symmetrischen, ausbalancierten Kompression und einem Liefergrad von fast eins. Durch eine Zwischeneinspritzung des Kältemittels auf Mitteldruckniveau wird eine zusätzliche Leistungssteigerung der Verdichter erreicht. Dieser Verdichtungsprozess funktioniert daher ähnlich wie ein zweistufiger Prozess bei geringen Verdichtungsendtemperaturen. Der integrierte Zwischenkühler unterkühlt außerdem das Kältemittel der Flüssigkeitsleitung und steigert so die Gesamtkälteleistung. Abschließend schmiert das unter Hochdruck stehende Öl über eine zentrische Bohrung die bewegten Teile, führt Wärme ab und trennt Bereiche unterschiedlichen Druckes voneinander.
Autoadaptive Regelung
Die bereits integrierte Daikin-Regelung wird durch ein innovatives Regelungssystem basierend auf einem Daikin-ModBus-Communication-Interface und dem Kühlstellenregler MIC QKL e3 von Cool Expert erweitert. Dieses flexible Anlagenkonzept arbeitet sowohl bei Voll- wie auch bei Teillast mit höchster Energieeffizienz. Die Möglichkeit einer Nachtverdampfungskorrektur von bis zu drei Kelvin und der geräuschreduzierte Lüfterbetrieb begünstigen einen energiearmen Betrieb der Kälteanlage. Der große Einfluss der Regelungstechnik auf die Reduzierung der Betriebskosten und die erhöhte Betriebssicherheit wird durch eine Fernüberwachung beziehungsweise Fernsteuerung ausgebaut. Dieses umfassende Automatisierungsnetzwerk wertet alle Betriebsparameter aus und regelt autoadaptiv die wesentlichen Stellgrößen für eine maximale Systemeffizienz. Dem Kundenwunsch nach einer transparenten und anpassungsfähigen Kältemaschine ist somit gedient. Das ModBus-Interface ermöglicht die Realisierung objektspezifischer und energieoptimierter Konzepte auf Grundlage des Modicon-Modbus-Protokolls.
Der eingesetzte Cool Expert-Kühlstellenregler ist darüber hinaus der einzige Regler, der wirtschaftlich einen gleichbleibend optimalen Wirkungsgrad des Luftkühlers und damit der gesamten Kälteanlage gewährleistet. Das integrierte Abtaumanagement funktioniert nach dem Prinzip der Leistungsmessung zum energetisch besten Zeitpunkt. Der Abtauvorgang schaltet bei einem Leistungsverlust des Luftkühlers von mehr als 5 Prozent ein. Die Adaption der Raumtemperatur-Differenz erfolgt selbstoptimierend unter Berücksichtigung erforderlicher Sicherheitskriterien.
Die patentierte Luftkühler-Ventilator-Steuerung der Firma Cool Expert nutzt den Sublimationseffekt, indem die relative Luftfeuchte um 10 Prozent angehoben und so die Reif-Eisbildung deutlich reduziert und unter bestimmten Betriebsbedingungen sogar teilweise wieder abgebaut wird. Abtauvorgänge werden aufgrund dieser Ventilator-Steuerung und dem Abtaumanagement um den Faktor drei und die Kälteanforderung um bis zu 20 Prozent reduziert. Der Einsatz von Notprogrammen schützt darüber hinaus im Nichtregelfall vor Warenschäden.
Optimale Prozessüberwachung
Alle gemessenen Daten der Regler werden über das bestehende Netzwerk weitergeleitet und zusätzlich auf einem MIC EEC-Datenlogger gespeichert. Diese intelligente Datenmanagement-Schnittstelle ist eine optimale Ergänzung zu den eingesetzten Regelungskomponenten. Temperaturdaten, Servicemeldungen und Prozessinformationen der Kühlstellenregler werden bestmöglich erfasst, ausgewertet und energetisch sinnvoll genutzt. Durch die Vernetzung all dieser Bauteile ist eine hohe Flexibilität und Abstimmung aller Komponenten möglich.
Leistungsstarkes Kältemittel
Der Einsatz des nahe azeotropen Kältemittels R 410 A bewirkt eine hohe Leistungsabfuhr bei geringen Kältemittelmassenströmen, sodass die Verdichterabmessungen gering gehalten werden. Durch eine niedrige Druckverlustrate werden darüber hinaus lange Rohrleitungslängen mit vergleichsweise kleinen Leistungsverlusten überwunden. R 410 A ist für diese Anwendung aktuell die beste Alternative im Hinblick auf Energieverbrauch, Preis und Technologieverfügbarkeit.
Hocheffiziente Luftkühlung
Die eingesetzten Güntner-Luftkühler bieten durch ihre TÜV-HACCP-Zertifizierung höchste Sicherheit im Lebensmittelbereich. Sie erlauben außerdem eine geringe Entfeuchtung bei maximaler Wurfweite der Luft. Diese wird sowohl durch saugende Ventilatoren wie auch durch den eigens von Güntner entwickelten Güntner Streamer erreicht. Der Streamer lenkt störende Radialströme des Luftstromes in eine Axialbeschleunigung um und erhöht den gerichteten Luftvolumenstrom ohne Einsatz zusätzlicher Energie. Dieser verstärkte Coanda-Effekt liefert in Kombination mit den saugenden Hocheffizienz-Ventilatoren eine maximale Wurfweite zur wirkungsvollen Luftverteilung. Thermische Kurzschlüsse und Wärmenester werden so konsequent vermieden. Ein bewährtes Güntner-Tragrohrsystem, bei dem fluidführende Wärmeübertrager-Rohre entlastet werden und keinen Kontakt mit den Gehäuseteilen haben, sorgt für eine hohe Leckage-Sicherheit. Die Ansteuerung der direkt angetriebenen Axialventilatoren des Verdampfers ist über eine Phasenanschnitt-Regelung drehzahlverstellbar.
Elektronische Expansion
Um eine bestmögliche Beaufschlagung des Verdampfers mit Kältemittel zu erreichen, werden elektronische Expansionsventile eingesetzt. Die präzise und schnelle Überhitzungsregelung stellt im Bereich zwischen zehn und hundert Prozent der Gesamtkälteleistung jede Kälteanforderung zur Verfügung. Die Expansionsventile sind schrittmotorgesteuert und um ein Ultracap-Modul bestehend aus Hochleistungs-Kondensatoren erweitert. Bei einem Spannungsausfall gewährleisten diese das Schließen der Ventile, sodass ein zusätzlicher Einbau eines Magnetventils entfällt. Eine Überflutung des Verdampfers und eine daraus folgende Flüssigkeitsverlagerung zum Verdichter werden verhindert. Die Kondensatoren sind sehr unempfindlich gegenüber hohen und tiefen Temperaturen und verlieren auch durch häufige Lade- und Entladezyklen nicht an Leistung. Ein eingebauter Überhitzungsregler zur stetigen Justierung des Ventils wird über eine RS485-Schnittstelle in das bestehende ModBus-Netzwerk integriert.
Hohe Systemeffizienz
Da die Kälteerzeugung einen großen Energieverbrauch hat und Strompreise weiter steigen, gewinnen effiziente Anlagenkonzepte, wie das hier vorgestellte, eine immer stärkere Bedeutung. Jedoch werden vorhandene Potenziale häufig nicht ausreichend ausgeschöpft oder hohe Anschaffungskosten wirken zunächst abschreckend. Maßnahmen wie eine optimal ausgelegte und überwachte Kälteanlage dienen aber nicht nur der Betriebskostensenkung für den Betreiber, sie haben auch einen großen ökologischen Nutzen.
In dem betrachteten Beispiel gewährleistet Tekloth die hohe Betriebssicherheit durch ein umfassendes Netzwerk, einen Datenlogger und eine Fernüberwachung. Der Einsatz der Inverter-Technologie, elektronisch geregelter Ventile, elektronisch geregelter Lüftermotoren und selbstoptimierender Regelalgorithmen runden das Gesamtkonzept einer betriebssicheren und betriebskostengünstigen Kälteanlage ab. -
Sebastian Groß-Hardt
Student duales Studium Kälte-, Klima-, Lüftungstechnik Tekloth GmbH, Bocholt
