Bemerkenswert war auf alle Fälle die Übersicht, die der DKV-Altvorsitzende Prof. Michael Arnemann zu energetischen und ökologischen Analysen der Kältetechnologien in Deutschland im Rahmen des zweiten Plenarvortrags gab. Er ging von 110 bis 120 Mio. Kälteanlagen und Wärmepumpen in Deutschland aus, deren Primärenergieverbrauch bei 255 TWh/a liegt und die zu 16 Prozent am Elektroenergieverbrauch in Deutschland beteiligt sind. Dazu gehören z. B. 67 Mio. Haushaltskältegeräte, die 18,7 bis 38,8 TWh/a Kälte erzeugen und dafür 38,7 bis 80 TWh/a Primärenergie benötigen.Daraus ergibt sich die Bedeutung der Reduzierung des Energieverbrauchs, die ein Po-tenzial von 23 Prozent hat. Die Pkw-Klimatisierung benötigt mit 36,9 Mio. klimatisierten Pkw 20 TWh/a Primärenergie. Hier ergibt sich durch weitere Entwicklungen ebenfalls ein nicht unbedeutendes Einsparpotenzial. Mit dem Äquivalent von 0,623 kg CO2/kWh in Deutschland ist die Kältetechnik mit vier Prozent an den indirekten Gesamtemissionen und zu 0,3 Prozent an den direkten Emissionen (Leckverluste usw.) beteiligt. Bei den Pkw sind es 0,4 und 0,11 Prozent. Die gründliche Analyse der Reduzierungspotenziale und die Umstellung auf Kältemittel mit niedrigen GWP-Werten werden zu weiterer Senkung der Umweltbelastung führen.
In seinem weiteren Vortrag in derArbeitsabteilung II.2 widmete sich Prof. Arnemann inkonkreter Weiterführung seines Ple-narvortrags dem Einfluss der Teillast auf die energetische Bewertung von Kälteanlagen, was sich als theoretischer Exkurs in die Welt der dafür in Betracht kommenden Kennziffern erwies. Diese Arbeitsabteilung wurde von ihrem Vorsitzenden Jürgen Süß moderiert. Er hatte eine ausgewogene Mischung von Vorträgen aus Praxis und Wissenschaft zusammengestellt und verstand es, auch die weniger spektakulären Themen interessant zu interpretieren.
Der Vortrag von Andreas Elsner von der Universität Paderborn zur Auswirkung der Alterung von Hauhaltskühlgeräten auf den Energieverbrauch ordnete sich in die Thematik des Plenarvortrags ein. In einem Untersuchungszeitraum von 15 Jahren musste ein Energiemehrverbrauch von 30 bis 40 Prozent festgestellt werden. Die Wärmedämmung hat dabei den größten Anteil, während die Einflüsse der Verflüssigerverschmutzung und der Türdichtung ohne Belang sind. Der Energieverbrauch steigt anfangs steiler an (nach drei Jahren 23 Prozent), dann weniger steil (nach 15 Jahren 33 Prozent), wobei als Ursachen die Diffusion in nicht verkleideter Ausschäumung, in Beschädigungen und in Wärmebrücken liegt. Nach dieser Zeit konnte keine weitere Verschlechterung mehr festgestellt werden. Als Fazit hat sich die Effizienzklassifizierung der Geräte um 1 bis 3 Klassen verschlechtert.
Christian Edler, ILK Dresden, sprach über die Entwicklung der Energieeffizienz von Kältemittelverdichtern, indem er den zeitlichen Verlauf der Kennziffern aus Prüfergebnissen vorstellte, die im ILK bei den Prüfungen von Verdichtern mehrerer Hersteller gewonnen wurden. Als Datenmaterial standen die Ergebnisse von 69 Hubkolbenverdichtern verschiedener Ausführung, 24 Scrollverdichtern und acht Rollkolbenverdichtern zur Verfügung. Ausgewertet wurden der Ausnutzungsgrad (auch Liefergrad genannt) und der isentrope Gütegrad. Es tritt eine gewisse Streuung auf, die von der Herstellzeit des Verdichters, vom Hersteller und vom Verdichtertyp abhängig ist. Beim Ausnutzungsgrad sind erwartungsgemäß die Scrollverdichter am besten und die Rollkolbenverdichter streuen sehr. Beim Gütegrad mit Werten bis 0,7 er-weisen sich die halbhermetischen Hubkolbenverdichter als beste Bauart. Die zeitliche Änderung der Kennziffern zu besseren Werten ist moderat, wobei das Prüfungsjahr meist nicht das Entwicklungsjahr ist. Der Baugrößeneinfluss wurde anhand des COP-Wertes zu 0,7 Prozent Verbesserung je 25 m3/h Hubvolumenstrom ermittelt.
Eckhard A. Groll von der Purdue University berichtete gemeinsam mit Craig R. Bradshaw, Entwicklungsunternehmen Total Engineering LLC, USA, über einen neuen Verdichter, der Spool-Verdichter (Spulen-Verdichter) genannt wurde. Es handelt sich um eine Art Flügelzellen- bzw. Rollkolbenverdichter mit rotierenden Endscheiben und drei Kammern je Umdrehung. Die Anordnung der abzudichtenden Komponenten erlaubt die Verwendung von Dichtungen als befederten Dichtleisten an Stellen, an denen andere Rollkolbenverdichter mit Spaltabdichtung versehen sind. Dadurch bleiben die inneren Leckverluste gering und es werden Ausnutzungsgrade (Liefergrade) von 0,9 und Gütegrade von 0,7 erreicht. Für die Berechnung und die Untersuchung der Einflussfaktoren wurde ein Simulationsmodell geschaffen und mehrere Baugrößen und Anwendungsbereiche sollen noch untersucht werden.
Armin Hafner, SINTEF, Trondheim,berichtete über die Untersuchungsergebnisse eines neuen hocheffizienten transkritischen CO2-Hubkolbenverdichters in halbhermetischer Ausführung mit 6 Zylindern, 380 cm3 Hubvolumen und Permanentmagnetmotor, der gemeinsam mit der Obrist Engineering GmbH entwickelt wurde. Er ist von 800 bis 4 000 U/min einsetzbar. Spezielle Entwicklungsziele waren ein optimiertes Ventildesign und das Ölmanagement bei hohen Drehzahlen. Beim Druckverhältnis 4 (Saugdruck 35 bar und 4 000 U/min) wird ein Gesamtgütegrad von 0,7 erreicht und der gute Ausnutzungsgrad von 0,8 fällt bis zu 3 000 U/min kaum ab. Aus der Verlustanalyse werden weitere Verbesserungen abgeleitet.
Armin Hafner stellte zudem die Auslegung eines Ejektorsystems für CO2-Verdichter vor. Dabei wird die Hochdruckexpansion durch Ejektortechnik ersetzt und wegen der erforderlichen Leistungsanpassung entstand ein Multiejektorsystem mit zwei Flüssigkeits- und einem Gasejektor sowie verdichterseitig mit Parallelverdichtung. Damit ist die Anhebung der Verdampfungstemperatur auf Überhitzungstemperatur möglich und die Leistungszahl verbessert sich um bis zu 10 Prozent. Je nach Lastprofil gibt es unterschiedliche Auslegungen, zum Beispiel bei einem System mit vier einzeln abschaltbaren Ejektoren mit unterschiedlichen Treibdüsenquerschnitten werden Ejektor-Wirkungsgrade von 4 bis 18 Prozent erreicht.
Christian Lucas und Andreas Schröder von der TU Braunschweig widmeten sich in zwei weiteren Vorträgen ebenfalls der Ejektoranwendung in CO2-Systemen. Durch die große Druckdifferenz bei der Entspannung des CO2 ist die Ejektoranwendung sinnvoll und gleichzeitig ermöglicht sie die Hochdruckanpassung an den optimalen Wert. Bei ihren Betrachtungen gingen sie vom Wärmepumpeneinsatz aus, der eine weite Leistungsspreizung erfordert. Zu diesem Zweck entwarfen sie einen regelbaren Ejektor, bei dem durch eine verstellbare Nadel im Treibdüsenquerschnitt der Kältemittelmassenstrom verändert werden kann. Die Druckrückgewinnung ist abhängig vom Öffnungsgrad und von der Temperatur. Die experimentellen Daten bestätigen die theoretischen Untersuchungen, für die weitere Arbeit sind Untersuchungen zum Gesamtverhalten vorgesehen.
Noch einmal stand der Ejektor im Vortrag von Jonas Schönenberger, Frigo-Consulting AG , zur Debatte, der über die Ejektoranwendung in Supermarktanlagen mit CO2 berichtete. Es existieren schon über 400 derartige Anlagen in europäischen Supermärkten mit steigender Tendenz bei Kälteleistungen bis 120 kW im Normalkühl- und bis 55 kW im Tiefkühlbereich. Der CO2-Boosterbetrieb mit Parallelverdichtung ist Stand der Technik. Neu für diese Anlagen ist der Einsatz von drei Ejektoren im Normalkühlkreis, was die Verdampfungstemperatur erhöht und die Parallelverdichtung unterstützt. Es wurden dabei zwölf Prozent weniger Energieverbrauch in Mitteleuropa und 18 Prozent weniger in Südeuropa ermittelt.
Fabian Dietmann, Universität Stuttgart, stellte die Untersuchungen zur Schaffung eines ölfreien CO2-Verdichters für Wärmepumpen für Heizleistungen bis 100 kW vor. Es handelt sich dabei um einen mehrstufigen Turboverdichter, der bei 38 bar Saugdruck mit einem Druckverhältnis von 2,36 arbeitet, 0,37 kg/s fördern und mit 150 000 U/minarbeiten soll. Der Laufraddurchmesser be-trägt nur 22 mm und wegen der hohen Re-Zahlen muss dessen Rautiefe sehr gering sein. Der Vorteil der ölfreien Verdichtung liegt im verbesserten Wärmeübergang in den Wärmeübertragern und in der Möglichkeit der Direktverdampfung in der Erdsonde, da es keine Ölviskositätseinschränkungen gibt. Nach der vorgestellten theoretischen Untersuchung stehen praktische Detailuntersuchungen an, z. B. zum Einfluss der Oberflächenbearbeitung des Laufrades, der Lagerung bei der hohen Drehzahl, dem Rundlauf und der Spaltweiten. Die Entwicklung steht offenbar mit der theoretischen Durchdringung der Thematik noch am Anfang.
Andreas Bradl, Hoerbiger Kompressortechnik GmbH, berichtete über eine optimierte Zylinderkopfeinheit zur Effizienzsteigerung von Kolbenverdichtern. Untersuchungsgegenstand waren dabei die Aufheizung des angesaugten Gases im Zylinderkopf, die Pulsationen und die mechanische Leistungsregelung. Die Aufheizung im Zylinderkopf beträgt gewöhnlich 10 bis 25 K. Durch eine Kunststoffauskleidung mit einer Schichtdicke von 3 mm kann sie auf unter 5 K gesenkt werden, was den inneren Gütegrad des Verdichters entsprechend verbessert. Die saugseitigen Pulsationen werden zur Aufladung des Zylinders durch abgestimmte Saugleitungslängen genutzt und Förderstromsteigerungen bis auf 123 Prozent bei Leistungszunahmen von nur zwei Prozent erreicht. Die Teillastbewertung bei Leistungsregelung erfolgt über den COP-Wert. Dabei werden durch ein neues System die Rückström-Arbeitsverluste bei Ventilabhebung vermieden und die Einschränkungen bei der Zylinderbankabschaltung gegenstandslos. Die Lösung besteht in einer elektromechanischen Saugventilabhebung und in einer nahezu stufenlosen Regelung durch dynamische Zylinderbankabschaltung.
Pierre Poysat, Emerson Climate Technologies, gab einen interessanten Einblick in die Entwicklung und Nutzung der Schallhauben für die Kolbenverdichter des Unternehmens, die bei kompletter Umhüllung den Schalleistungspegel um 15 bis 25 dB für Geräte und um 10 bis 15 dB für Verdichter senkt. Es gibt keine Schallbrücke zwischen Verdichter und Kapsel und die zweischalige Hülle ist akustisch dicht nach außen. Die Temperatureinsatzgrenze des Verdichters ist bei tiefen Verdampfungs- und hohen Verflüssigungstemperaturen leicht eingeschränkt, aber der größte Temperatureinfluss besteht bei der Elektronik im Anschluss-Schaltkasten. Das Material der Kapsel ist unbrennbar und CE-tauglich, es gibt keine negativen Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit des Materials und keine akustischen Veränderungen während der Prüfzeit. Die Kosten für die Schallhaube sind allerdings nicht gering.
Ein Höhepunkt der Tagung sollten die drei letzten Vorträge in der Arbeitsabteilung III sein, die sich mit der aktuellen Kältemittel-Problematik befassten.
Jörn Schwarz, Ice-TeX Ingenieurbüro, stellte die nationalen Kältemittelemissionen in den Fokus seines Beitrags und versuchte, die Erhebungen des Umweltbundesamtes und des Deutschen Statistischen Bundesamtes, die weit auseinander liegen, zu interpretieren und zusammenzuführen.
Barbara Gschrey und Winfried Schwarz, Öko-Recherche, sprachen über die Auswirkungen der neuen EU-Regelungen auf Deutschland. Dabei ging es vorrangig um Alternativlösungen für die immer mehr beschränkten HFKW-Kältemittel.
Vor diesen beiden referierte Wolfgang Zaremski über die europäische Erfolgsgeschichte der F-Gase-Verordnung 842/2006 in einem gemeinsam mit Volker Hudetz erarbeiteten Beitrag, beide VDKF. Zaremski stellte das LEC-System des VDKF vor und sprach über Datengewinnung, -weitergabe und -auswertung. Die Auswertung kann nach vielerlei Gesichtspunkten erfolgen, z. B. nach absoluten und durchschnittlichen Leckagewerten der Anlagen, nach Bundesländern, nach Wirtschaftsbereichen, nach Kältemittelart oder nach Füllmengenstaffelung. Von den einbezogenen Anlagen werden die Leckrate, der Energieverbrauch, die Leckage bei Verschrottung, der Gesamtverbrauch an Kältemittel, die Entsorgungsmenge und die Substitution erfasst. Aus einer Stichprobe im 2. Quartal 2013 ergaben sich bei Teilnahme von 250 Kälte-Klima-Fachbetrieben, die 15 000Betreiber von 74 000 Anlagen beinhaltete, interessante Werte. Es wurden 1 170 Tonnen Kältemittel mit einem GWP von 2 900 000 Tonnen erfasst. Als Leckraten aller Anlagen einschließlich der Havarien wurden ermittelt: 4,5 Prozent (2010), 4,3 Prozent (2011), 3,1 Prozent (2012). Die Gewerbekälte ist mit zehn Prozent, die Kraftfahrzeuge sind mit fünf Prozent, das Kältemittel R 407 C mit 2,24 Prozent und R 410 A mit 0,82 Prozent beteiligt. Bei der Verschrottung entsteht ein Verlust von 22 Prozent. Mit diesen Daten ist eine umfassende Beurteilung der Umweltbelastung durch die Kälte- und Klimatechnik möglich. Das LEC-System wird 2014 von Norwegen übernommen und die Tschechische Republik prüft die Einführung.
Mit diesen aktuellen Beiträgen zur Kältemittelproblematik ging die DKV-Tagung zu Ende. Viele weitere Beiträge zur Arbeitsabteilung II.2 und den anderen Arbeitsabteilungen mussten in diesem Bericht unberücksichtigt bleiben. Es bleibt die Möglichkeit des Nachlesens der gesamten Tagung von der demnächst erscheinenden Tagungs-CD, die von Nichtteilnehmern vom DKV-Vorstand bezogen werden kann. UA
