Verschwimmende Grenzen, verschobener Äquator - KI - Kälte ...
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ebm-papst Innovationsforum
Neue Anforderungen an innovative Kältetechnik:
Verschwimmende Grenzen,
verschobener Äquator
Vielfältige Marktanforderungen, klima- und umweltpolitische Initiativen, regulatorische Restriktionen
und ein zunehmender Bedarf an kundenindividuellen Lösungen setzen die Entwickler kältetechnischer
Anlagen unter anhaltenden Handlungsdruck. Mit Marktentwicklungen, Trends und neuen technischen
Ansätzen beschäftigte sich auch das Innovationsforum, das der Ventilatoren- und Motorenhersteller
ebm-papst am Unternehmenssitz Mulfingen veranstaltete.
Bild: Redaktion
Dr. Bruno Lindl,
Geschäftsführer Nina Masson,
Bild: Redaktion
Forschung und Chief Strategy
Entwicklung, Advisor/Spe-
ebm-papst cial Projects,
Gruppe Shecco
I
m 20. Jahrhundert hat sich die Klimaziele setzen Kältetechnik sind, je nach Entwicklungsstand, bis
Menschheit mehr als vervierfacht, unter Handlungsdruck 2047 angelegt. Das Thema bietet also
inzwischen leben mehr als sieben Dass die gewaltigen ingenieurtechni- Herausforderungen und Chancen für
Milliarden Menschen auf dem Plane- schen Aufgaben, vor der die Kältetech- die nächsten 30 Jahre.
ten, rund die Hälfte davon in städti- nik steht, auch unter der starken Res- Vor allem die Vorgabe, das durch-
schen Ballungsräumen. Bis 2050 soll triktion umwelt- und klimapolitischer schnittliche Treibhauspotenzial der
dieser Anteil auf 70 % steigen. Aus Ziele steht, verdeutlichte im Rahmen F-Gase von derzeit rund 2.000 auf 400
dieser „unglaublichen Bevölkerungs- des Mulfinger Innovationsforums Nina bis 2030 über alle Sektoren hinweg zu
dichte“ erwachsen enorme Anforde- Masson, Chief Strategy Advisor/Special senken, sorgt für zunehmenden Hand-
rungen an die Nahrungsmittelkette, Projects, beim internationalen Markt- lungsbedarf bei Herstellern und An-
aber auch an Kältebedarf und Klimati- wendern. Besonders die Be-
sierung. Daraus leitet Dr. Bruno Lindl, reiche der gewerblichen Käl-
Geschäftsführer Forschung und Ent- In Bereichen, in denen Grenzwerte teanlagen sowie Zentralanla-
wicklung der ebm-papst Gruppe, einen festgelegt wurden, geht die gen, die bis zum Jahr 2022
starken Handlungsdruck für die Her- ein GWP von 150 erreichen
steller ab, mit entsprechenden innovati-
Innovation wesentlich schneller müssen, sind stark betroffen.
ven Lösungen für effiziente und sichere Bei beweglichen Raumkli-
Industrie- und Gewerbeprozesse, aber forschungsunternehmen Shecco, mit maanlagen gilt dieser Grenzwert bereits
auch für die Versorgung der privaten einem aktuellen Blick auf den Status ab 2020. Inzwischen ist, so Masson,
Haushalte zu sorgen. Der Umgang mit quo der natürlichen Kältemittel. Aus auch „bereits viel passiert“. So sei es
der dafür erforderlichen elektrischen den Vereinbarungen des Pariser Klima- „erstaunlich“, dass laut Shecco-Umfra-
Energie, aber auch mit der bei kälte- abkommens sowie des Kigali Amend- ge unter 230 europäischen Industrieun-
technischen Anwendungen bewegten ments leitet Masson die klare Botschaft ternehmen schon 73 % Maßnahmen
Luft müsse allerdings möglichst effizi- ab, das FKW keine langfristige Option bereits vor dem Inkrafttreten getroffen
ent, bedarfsgerecht und geräuscharm weltweit mehr sind. Die Einzelziele haben. Dies gelte sowohl für Systeman-
sein. müssen ab 2019 erreicht werden und bieter wie Endnutzer. Dabei zeige sich
26 KI Kälte · Luft · Klimatechnik · 08-09 2017 www.ki-portal.de
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deutlich, dass „in Bereichen wie Ge- CO2 und HFKW vergleichbar oder ma- zung von Anfang 2017 von mehr als
werbekälte, in denen diese Grenzwerte ximal 5-10 % höher. Dieser Trend soll 1.500.000 Systemen weltweit aus. Al-
festgelegt wurden, die Innovation auch anhalten, mit zunehmender Serienfer- lein AHT als Marktführer bei R290-
wesentlich schneller vor sich geht“. An- tigung und mehr Anwendungsberei- Systemen produziert mehr als 300.000
dere Sektoren wie Wärmepumpen und chen. Systeme pro Jahr. Zudem sind Plug-in
Klimaanlagen, die keinen spezifischen Die Anzahl der CO2-Supermärkte in R290-Systeme in Europa und zuneh-
Grenzwerten unterliegen, weisen einen der EU, in Norwegen sowie in der mend in den USA eine Realität, finden
wesentlich geringeren Anstieg an na- Schweiz hat sich in den letzten drei Jah- aber auch weltweit immer mehr Ver-
türlichen Kältemitteln auf. ren verdreifacht und überschreitet in breitung. Aktuell hat sich die belgische
Laut Shecco arbeiten inzwischen eu- diesem Jahr die 9.000. Der Marktanteil LEH-Kette Colruyt entschieden, zu
ropaweit etwa 650 Unternehmen mit im LEH liegt bei 8 %. Einzelne Handels- 100 % auf Kohlenwasserstoffe zu set-
natürlichen Kältemitteln, deutlich vor- ketten rollen diese CO2-Anwendungen zen.
ne liegen dabei Deutschland, UK sowie zunehmend auch international aus. Als dritten technologischen Trend
Italien. Vor allem in Südeuropa gibt es Bei den Kohlenwasserstoffen gehen nannte Masson eine verschwimmende
WITT-Partner-JP-iA-142x200-2017_PRINT.qxp 09.08.17
eine neue Dynamik in diese Richtung. die Forscher nach einer Marktschät- Grenze zwischen kommerzieller und
Global betrachtet zeichnen sich
sehr unterschiedliche Entwick-
lungen ab. Während die USA mit
ihrem Ausstieg aus dem Pariser
Abkommen sich klimapolitisch
auf dem Niveau von Nicaragua
und Syrien befinden, haben Chi-
na und Japan den Zug der Zeit
erkannt und entsprechende
Maßnahmen eingeleitet. Auch
einzelne US-Bundesstaaten ver-
folgen bereits eine eigene Strate-
gie: So verbietet Kalifornien ab
2020 den Verkauf von Kältemit-
teln mit hohem GWP (>2500)
und ab 2021 Kältemittel mit ei-
nem GWP über 150 in neuen
stationären Kälteanlagen sowie
über 750 in Klimaanlagen.
Natürliche Kältemittel
in gewerblichen Anwendungen
Als Haupttechnologietrends im
Bereich der Gewerbekälte identi-
fiziert Shecco Ejektoren, Parallel-
verdichtung und Waterloop Sys-
teme. Im europäischen Lebens-
mitteleinzelhandel (LEH) geht
der Trend bei den CO2-Lösungen
hin zu kleineren, standardisier-
ten Systemen (auch condensing
units), auch für kleine Ladenfor-
mate. Zudem werden CO2-Anla-
gen zunehmend auch in Südeu-
ropa eingesetzt, das den Fokus
stärker auf die Energieeffizienz
legt. Der europäische „Effizienz-
Äquator“, so Masson, verschiebt
sich also in Richtung Süden.
Dabei sinken die Preise von
CO2 Transkritischen Anlagen. Die
Kosten nähern sich denen von
HFKW-Anlagen konstant an, be-
sonders dort, wo der Wettbewerb
zwischen verschiedenen Anbie-
tern wächst. In der kommerziel-
len Kälte sind Preise zwischen
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Bild: Redaktion
Christoph Jahnke,
Sean Chapman, Vertriebsleiter,
Bild: Redaktion
Director Engi- Hafner-Muschler
neering, Carrier Kälte- und Klima-
Commercial technik GmbH &
Refrigeration Co. KG
industrieller Kälte. Die Kombination mehr kleine Formate in den Stadtzent- der Carrier-Experte. Entsprechend
aus CO2 und Ammoniak findet auch im ren entstehen. müsse ein Kältetechnik-Anbieter künf-
LEH immer mehr Anklang. So nutzt Hinzu kommt ein weiterer Trend: tig sehr viele unterschiedliche Formate
bereits die US-Kette Piggly Wiggly NH3/ Neben dem anhaltenden Konsum von bedienen können.
CO2-Systeme und sparte mit dieser Convenience-Food tritt eine zuneh-
Kombination 33 % der Energiekosten mende Rückbesinnung auf Frischware. Keine pauschalen Kältelösungen
ein, insgesamt rund 75.000 US-Dollar. Daher ist in vielen Märkten ein sehr für Tiefkühllager
starker Ausbau dieses zudem margen- Wie individuell Kältelösungen je nach
Flexible Kältesysteme stärkeren Geschäfts – mit einem ent- Kundenanforderung bereits heute sein
für neue Handelsformate sprechend zunehmenden Kühlbedarf – müssen, zeigte Christoph Jahnke, Ver-
Sean Chapman, Director Engineering, festzustellen. Dies gilt auch für die be- triebsleiter, Hafner-Muschler Kälte-
Carrier Commercial Refrigeration, stell- sonders in Deutschland starken Dis- und Klimatechnik GmbH & Co. KG, am
te die Zukunft des Supermarktes, wie counter. Neue Produkte wie Smoothies Beispiel von Tiefkälte in Logistiklagern
wir ihn spätestens seit den 1970er-Jah- sorgen für zusätzliche Nachfrage nach auf. Hier existieren unterschiedlichste
ren kennen, in Frage: „Alles wird an- effizienten Kühllösungen. Und: Libera- Lagertypen, die sich nicht nur nach Flä-
ders, die bisherigen Vorsätze gelten lisierte Ladenöffnungszeiten und flexib- che, Höhe, Hallengeometrie, Regalsys-
nicht mehr“. Das Kernproblem bestehe lere Arbeitszeiten verändern, verschie- temen, Umschlagzahlen und Platzbe-
im Fehlen einer integrierten Lösung für ben und individualisieren die Einkaufs- darf unterscheiden, sondern auch nach
die gesamte Kühlkette: „Jeder sieht zeiten. Eine Folge ist der zunehmende Temperatur, Inneren Lasten, Kälteleis-
heute nur einen Teil des Problems“. Um Einsatz gekühlter Schließfächer. Die tungen, Umweltauflagen oder Betrei-
die gewaltige Müllmenge ungenutzter Konsequenz: „Wir werden viele kleine berpersonal. Hinzu kommen mieterin-
und verdorbener Lebensmittel zu besei- unterschiedliche Lösungen haben mit dividuelle Anforderungen an die Flexi-
tigen, dürften in Zukunft vielfältige viel mehr Flexibilität“, prognostiziert bilität.
Anforderungen von Seiten des Handels, Anhand eines Planungs-
aber auch der Konsumenten auf die beispiels für ein Tiefkühlla-
Anbieter kältetechnischer Lösungen zu- ger mit einer Kälteleistung
kommen. Die verschärften gesetzlichen von 350 kW bei einer Ver-
Anforderungen werden, so Chapman, dichter-Betriebszeit von 16
in den nächsten Jahren „zu einem rich- Stunden zeigte Jahnke auf,
tigen Schub in der Kältetechnik“ füh- welche Faktoren bei drei un-
ren. Dazu werde auch der Online-Han- terschiedlichen Anlagenty-
del beitragen, der bisher im Lebensmit- pen mit dem Vorrang natür-
telbereich noch hinter den Erwartun- licher Kältemittel besonders
gen zurückbleibt, künftig aber stark hervorstechen: eine zweistu-
wachsen soll. Während in Deutschland fige Ammoniak-Anlage, eine
die relativ hohe Supermarkt-Dichte Propan-CO2-Kaskade sowie
diesen Trend bremse, habe Online- eine CO2-Booster-Anlage im
Shopping von Lebensmitteln in UK be- transkritischen Betrieb.
reits einen Marktanteil von 6-8 %. Vor
drei Jahren lag dieser Anteil noch bei
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2 %. Zudem werde der demografische Ralf Möller, Effektivplan GbR
Wandel dazu führen, dass anstelle gro- Ingenieurbüro für Verfahrens-
ßer Märkte an den Rändern immer und Anlagentechnik
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In der Kälteerzeugung ergab sich
gegenüber der als Benchmark gewähl-
ten NH3-Anlage im Fall der Propan-
CO2-Kaskade ein Energiemehrbedarf
von knapp 5 %, im Fall des CO2-Boos-
ters von gut 6 %. Thermodynamisch
erweist sich NH3 als das beste Kältemit-
tel. Unter Einbeziehung aller Hilfsag-
gregate sind die Lösungen Propan/CO2
um gut 11 % bzw. CO2-Booster um
knapp 10 % sparsamer gegenüber NH3.
Fazit: Im mittelgroßen Leistungsbereich
erweist sich die Propan/CO2-Kaskade
als Lösung mit der höchsten Gesamtan-
lageneffizienz. Allerdings müssen wei-
tere Faktoren berücksichtigt werden, da
der Einsatz von CO2 im Tiefkühlbereich
beispielsweise die Stahlbaukosten für
Trassen und Bühnen verringert.
Bild: ebm-papst
Eine Reduzierung der inneren Las-
ten lässt sich beispielhaft auch durch
den Einsatz von EC-Lüftern erreichen.
Die Kosten hierfür amortisieren sich Innovative Ansätze in der Kältetechnik beschäftigten das ebm-papst Innovationsforum. Dazu
nach etwa einem Jahr. Weitere Vorteile gehört mit „AxiCool“ auch ein Ventilator-Konzept des Veranstalters.
durch den Einsatz der EC-Technologie
und der direkten Ansteuerung der Komponenten abhängt, die gesamte auf alle Bereiche aus. Wir haben einen
Drehzahl liegen in deren Anpassung in Energieeffizienz also auf einem durch- Riesenvorteil und können richtig Geld
Abhängigkeit von der Raumtemperatur dachten Konzept für den jeweiligen sparen“, so Möller.
sowie in der Möglichkeit, in bestimm- Anwendungsfall basiert, verdeutlichte Die richtige Regelung der Verdichter
ten Bereichen wie der Kommissionie- Ralf Möller vom Ingenieurbüro für Ver- führt ebenfalls zu einer Betriebskosten-
rung die Drehzahl auch reduzieren zu fahrens- und Anlagentechnik Effektiv- ersparnis: So liegt das Wirkungsgrad-
können. plan GbR: „Sie können so viele Kompo- maximum der Kolbenverdichter bei mi-
Neue Optionen schaffen Container- nenten einsetzen, wie Sie wollen, mit nimaler Drehzahl, bei Schraubenver-
lösungen, die als fertiger Maschinen- dem falschen Konzept machen Sie den dichtern bei maximaler Drehzahl. Mit
raum u.a. mit Kälteanlage, Heizung und kompletten Wirkungsgrad kaputt“. Zu- abnehmender Verflüssigungstempera-
Schaltschrank kurze Montagezeiten auf dem sei eben nicht die Wirkungsgrad- tur wirkt sich das Wirkungsgradmaxi-
der Baustelle er- verbesserung mum der Kolbenverdichter stärker aus.
möglichen. Gera- an einem Punkt Weitere Einflussfaktoren auf den Ener-
de für Renovie- Anlagenplaner sollten dem der Anlage, giebedarf der Kälteanlage kommen hin-
rungen und Er- Kunden genau zuhören und sondern der Ge- zu, etwa mangels Wartung verkalkte
weiterungen er- samtanlage ent- Verflüssiger.
weist sich diese hinterfragen, was der Kunde scheidend – und Gerade bei der Nutzung einer Zent-
Lösung als zweck- wirklich erreichen will zwar über die ralkälteanlage spielt ein sinnvolles La-
mäßig. Zudem gesamte Le- gerkonzept eine entscheidende Rolle,
kann der Energie- bensdauer. Am um das Energieeinsparpotenzial zu he-
verbrauch bei mehreren Hallen klar zu- Beispiel eines Tiefkühllagers zeigte Möl- ben. Denn wenn ein besonderes Lager-
geordnet werden. Last not least kann ler, inwiefern die richtige Dimensionie- gut in einem Lagerbereich eine niedri-
der Betreiber die Anlage bei einem rung der Lüftkühler den Energiever- gere Lagertemperatur benötigt, muss
Standortwechsel mitnehmen und bis zu brauch der Anlage positiv beeinflussen die Verdampfungstemperatur der Ge-
75 % seiner Investitionen erhalten. kann. Dabei spielen gerade in Frischela- samtanlage reduziert werden.
Auch wenn einzelne Faktoren dieser gern mit heterogenem Produktspekt- Abschließend empfahl Möller den
Beispielannahmen sehr selektiv und im rum Faktoren eine entscheidende Rol- Anlagenplanern, dem Kunden genau
Detail nur unter Einschränkungen ver- le, die bereits in der Konzepterstellung zuzuhören und zu hinterfragen, was
gleichbar sind, so dürfte doch die Quint- berücksichtigt werden müssen. So be- der Kunde wirklich erreichen will:
essenz der Individualität jeder Anlage stimmt häufig der kleinste Bereich (z. B. „Häufig ist das, was der Kunde sagt,
klar belegt sein. Kühlung von Fleisch) über die Tempe- nicht das, was er wirklich will. Die Lö-
ratur der gesamten Anlage. Im Beispiel sung, die er präsentiert, muss wirklich
Mit dem passenden Konzept kann die Kälteerzeugung bei einer um geprüft werden. Erst dann kann das
richtig Geld sparen 4 °C niedrigeren Verdampfungstempe- richtige Konzept mit den passenden
In welchem Maß die Wirtschaftlichkeit ratur erfolgen. Der Energiebedarf am Komponenten ausgewählt werden.“ n
einer Kälteanlage von einer wirtschaft- Verdichter sinkt im Jahresmittel um ca.
lichen Betriebsweise und optimierten 15 %. „Diese Ersparnis wirkt sich aber www.ebmpapst.com
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