Jahresveranstaltung Initiative Energieeffizienz- und Klimaschutz-Netzwerke - Online 22. September 2021

5. Jahresveranstaltung
Initiative Energieeffizienz- und Klimaschutz- Netzwerke
Online
22. September 2021

Ihre Fachberaterin

 Schwerpunkte und Referenzen
  Energieanalysen
  Konzepte & Umsetzungsbegleitung
  Netzwerke Energieeffizienz
  Energiemanagement gem. DIN EN ISO 50001
  Schulung & Beratung
 Weitere (Energie-) Qualifizierungen
  BAFA-registrierter Berater „Energieberatung Mittelstand“ Sylvia Jacobi
  BAFA-registrierter Energie-Auditor EDL-G Senior Consultant
  Auditor für interne Audits DIN EN ISO 50001
 Diplom-Ingenieurin
 Berufserfahrung (Maschinenbau)
  Berufserfahrung seit 1988
  Seit 2013 bei ÖKOTEC

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

ÖKOTEC – Ihre Effizienzexperten

 Beratungs- und Softwareunternehmen für Energie- und
 Ressourceneffizienz seit 1999
 Ein Unternehmen von Veolia seit 2016
 CO2-Einsparung und Steigerung der Energieeffizienz
 durch technische und organisatorische Maßnahmen
 Erfahrung in allen relevanten Industriebranchen,
 Gewerbe und Gebäuden

 Über Projekte
 50 Personen
 2.000 in über
 im Team
 Projekte 30 Ländern

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Unsere Leistungen im Überblick

 Technische Beratung Klimaschutz & Energiewende EnEffCo®
 Analysen, Energieaudits, Strategie, Szenarien, Software & Dienstleistungen
 Konzepte, Einsparnachweise, PCF & CCF, für Energieeffizienz-
 Fördermittel CO2-neutrale Versorgung Controlling

 EnEffFlex
 Nutzung Marktchancen, E-Mobility
 Energiemanagement Netzwerke
 Einführung und Erfahrungsaustausch für EnEffReg®
 Aufrechterhaltung Energieeffizienz & Automatisierte Anlagenregelung
 ISO 50001 Klimaschutz CO2-Footprint
 Produktspezifisch & Realtime

 F&E-Projekte Projekte mit Ministerien
 Anwendungsorientierte Forschung mit Themenfokus
 Industrie- und Forschungspartnern Energieeffizienz & Klimaschutz

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

5. Jahresveranstaltung IEEKN
Einsatz nachhaltiger und energieeffizienter Kältemittel
Online
22. September 2021

F-Gase Verordnung – Phase down

 Regelt seit 2015 Handel und Verwendung von F-Gasen in der EU.
 Der Verbrauch klimaschädlicher teilfluorierter Kohlenwasserstoffe (HFKW) soll bis 2030 um 80%
 sinken.
 120
 100%
 stehende HFKW-Menge in

 ~2.250 Theoretisch-rechnerisches
 CO2-Äquivalenten [%]

 100
 max. zur Verfügung

 Treibhausgaspotential
 -7%
 80 2016-2017

 60
 -37% ~1450

 40 2018-2020
 -55% ~1000 Nachfüllverbot
 20 2021-2023
 -69% ~700
 Nachfüllverbot -76%
 2024-2026 -79%

Erfolge der Gesetzgebung

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Globel Warming Potential von Kältemitteln

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Wahl geeigneter Kältemittel

• Mit der Kältemittelwahl werden erste Effizienzentscheidungen getroffen.
• Synthetische Alternativkältemittel in großer Zahl angeboten. Keines davon kann ausnahmslos
 überzeugen, oder ist eine echte Langzeitlösung

 Quelle: Danfoss Kältemittel – jetzt und in Zukunft

  Alternative: Rückbesinnung auf natürliche Kältemittel

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Anforderungen an Kältemittel

Kältemittel sollten weder brennbar,
noch giftig oder korrosiv sein, sollen
klimaneutral sein und folgende
Eigenschaften besitzen:
 gute Mischbarkeit mit Öl,
 thermische und chemische
 Stabilität,
 hohe Kälte- und Wärmeleistung bei
 geringem Energieaufwand,
 günstiges Druckverhältnis,

 Quelle: Michael Kauffeld, Vergleich der natürlichen Kältemittel untereinander für eine Vorauswahl
 niedrige
 Verdichtungsendtemperatur,
 gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Eigenschaften von Kältemitteln
 Isobutan (R600a) HFKW-R32 / HFKW R1234 yf /
 Eigenschaft R744 (CO2) R717(NH3)
 Propan (R290) R41/HFKW R152/152a R1234ze
GWP 3 1 0 675 /92/43/125 4/7
Sicherheitsklasse A3 A1 B2L A2L A2L
Thermodynamische niedrigerer hohe volumetrische Gute thermodynamische niedrige Dichte Siedepunkt -18°C,
Eigenschaften Verflüssigungspunkt, Kälteleistung, relativ Eigenschaften, sehr guter Geringe volumetrische
 günstige ungünstigen Wärmeübergang, hoher Kälteleistung
 thermodynamische thermodynamische Adiabaten-exponent
 Eigenschaften Eigenschaften, Drucklage hohe
 hoch, kritische Druckgastemperatur
 Temperatur mit 31°C (NH3 = 1,31),
 (74 bar) sehr niedrig,
 guter Wärmeübergang
Sicherheitsaspekte schwerer als Luft, in in hohen Explosionsgrenze unten/ Brennbar Brennbar (60°C)
 hohen Konzentrationen Konzentrationen Oben mit Luft 15% /30% Explosionsgrenze unten/ Mindestflammpunkt
 narkotisierend und erstickend, aber Warnwirkung 5-10 Oben mit Luft 14% 30°C
 erstickend Nicht brennbar, nicht ppm, Wassergefähr- /33,4%
 toxisch dungsklasse 2 Bildet
 Zersetzungsprodukte
Effizienz Hohe Effizienz / Geringere Effizienz Höchste Energie- Gute Effizienz
 Leistungszahl effizienz/ Leistungszahl

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Eigenschaften von Kältemitteln
 Isobutan (R600a) HFKW-R32 / HFKW R1234 yf /
 Eigenschaft R744 (CO2) R717(NH3)
 Propan (R290) R41/HFKW R152/152a R1234ze
GWP 3 1 0 675 /92/43/125 4/7
Sicherheitsklasse A3 A1 B2L A2L A2L
Investive Öl- und Komponenten- Kleinere Leitungen Materialunverträglichke Öl- und Komponenten- Öl- und Komponenten-
Anforderungen verträglichkeit geringe Druckverluste it Kupfer und Messing, verträglichkeit verträglichkeit
 preisgünstig Hohe Schmierstoff- geschweißte Leitungen preisgünstig preisgünstig
 anforderungen, erforderlich, Prüfpflicht
 preisgünstig keine Höhere Anforderungen
 Rückgewinnung/ an Öl- und Schmier-
 Entsorgung stoffe sowie Ölab-
 scheidung preisgünstig
 Gewerbekühlgeräte, subkritisch betriebene Prozesskälte, Klimaanwendungen, Gewerbekälte,Chiller,
 Wärmepumpen, Kaskadenanlagen Industrielle Klima- Gewerbekälte Kaltwassersätze
 Klimageräte (Brauereien, tisierung, Gewerbe- Kaltwassersätze Wärmepumpen,
 Supermarktanlagen), kälte, Kaltwassersätze, industrielle Klimatisierung
 transkritische Systeme (Großhandelskühl- Klimatisierung industrielle
 (Wärmepumpen) räume, Tiefkühltunnel, Klimatisierung
 Zuk. KFZ- Klimaanlagen Brauereien, Lebens-
 mittelverarbeitungsbe-
 triebe, Fangschiffe )
 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Wahl geeigneter Kältemittel

 CO2- Höchstdruckkältemittel → zusätzliche technische Maßnahmen zur Steigerung
 der Energieeffizienz erforderlich
 R290 brennbar, aber höhere Effizienz
 Stoffdaten-Vergleich, in
 Abhängigkeit von der
 Verflüssigungs-/Gaskühler-
 Temperatur bzw. der
 Verdampfungstemperatur

 Quelle: Jörn Schwarz, Effizient Kälte einsetzen
 Bremen – 21. Juni 2018

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Ganzheitliche Bewertung über den Lebenszyklus

 Indirekte Emissionen (blau), direkte Emissionen (orange) über gesamte Lebensdauer
 Grafik: DAIKIN Airconditioning Germany

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Trends

 Kaltwassersätze Industriekälte
• Bei Nieder-/ Mitteldruck-Kaltwassersätzen • Ammoniak (NH3) ist und bleibt die erste Wahl für
 Verwendung von reinen HFO Anwendungen der Industriekältetechnik ggf. in
 (R1233zd und R1234ze) Kombination mit CO2.
• Diese Systeme werden kurz- bis mittelfristig für • Durch die Reduzierung der Füllmengen wird
 Kältemittel mit sehr niedrigem GWP modifiziert. Sicherheitsbedenken entgegengesteuert.
• Mittel-/ Hochdruck-Kaltwassersätze nutzen
 Alternativen mit GWP 125 bis 750 auf (A2L). Gewerbekälte und Lebensmitteleinzelhandel
 • Hermetisch dichte Anwendungen:
 VRF-Systeme (hohe Kältemittelfüllmengen) Kohlenwasserstoffe wie R600a und R290
• Reduzierung der Rohrleitungsgröße durch • Verflüssigungssätze: langfristiger Übergang zu
 Kältemittel mit mittlerer bis hoher Dichte: R32 Lösungen mit geringerem Treibhauspotential
 oder DR55 (CO2, R290 oder HFO-Gemische)
• Lokale Brandschutzbestimmungen schränken die • Zentralisierte Direktexpansionssysteme:
 Verwendung von A2L-Kältemittel erheblich ein. transkritische Systeme und Kaskadenanlagen mit
 CO2 (hohes Entwicklungspotential)
 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Fazit

 Klimaverträglichkeit ist nur ein Aspekt von mehreren.
 Für die Effizienz der Anlage sind das richtige Zusammenspiel Kosten/
 zwischen Kältemittel und Systemdesign entscheidend. Verfügbarkeit

 Abhängig vom Anlagentyp sind unterschiedliche Kältemittel- Ivestition
 eigenschaften gefragt. Effizienz
 Sicherheitsaspekte müssen berücksichtigt werden. Serviceeignung

 Investitions-, Installations- sowie Betriebskosten sind Leckagen Toxität
 mitentscheidend GWP Brennbarkeit
 Umwelt-
 Für eine Bewertung ist die gesamte Klimabilanz im verträglichkeit Sicherheit

 Lebenszyklus der Produkte zu berücksichtigen.

 Intelligente Lösungen, mit hoher Energieeffizienz und Kältemittel mit niedrigem
 Treibhauspotential sind der richtige Weg zu einer nachhaltigen Kälte- und Klimatechnik.

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

5. Jahresveranstaltung IEEKN
Energieeinsparpotentiale in der Kältetechnik
Online
22. September 2021

Energieeinsparpotentiale Kältetechnik

Durch den Einsatz effizienter Technik in Kälteanlagen können in Deutschland knapp
32.000 GWh pro Jahr eingespart werden.

 Energieeinsparpotentiale
  Reduzierung der treibenden Temperaturdifferenzen an Wärmetauschern ca. 12%
  Effiziente Regelung ca. 10%
  Einsparung des Kältebedarfs ca. 7%
  Einsatz von hocheffizienten Antriebsmaschinen ca. 3%
  Weitere Anlagenoptimierung ca. 8%

 Quelle: Forschungsrat Kältetechnik, 2008

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Kennzahlen für Effizienz

Kälteerzeugungseffizienz ηKC: = ∙ ∙ ∙ 
 Einfluss von Verlusten bei der Kälteerzeugung.

Wärmetransporteffizienz ηWT:
 ηFT
 Einfluss von Temperaturdifferenzen, die für den Wärmetransport
 erforderlich sind z.B. durch Vereisungen, Verschmutzungen.

Fluidtransporteffizienz ηFT:
 ηWT ηKC
 Einfluss der Leistungsaufnahme von Nebenaggregaten, z.B.
 Pumpen, Ventilatoren, Abtauheizungen.

Kältenutzungseffizienz ηQo: ηQo
 Einfluss auf Nutzkälteleistung durch unerwünschte Wärmezufuhr
 auf der kalten Seite, z.B. durch Nebenaggregate Quelle: VDMA 24247-2, 2018

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Anhebung der Verdampfungstemperatur / des
 Verdampfungsdrucks
Anhebung der Verdampfungstemperatur

 Druck [bar]
• Die Leistung des Verdichters sinkt.

• Die Leistung des Verdampfers steigt.

• Die Leistung (EER) steigt.

 ä ሶ 0 Q0 Pel
 = =
 ℎ 

 Enthalpie [kJ/kg]
 Abbildung: ÖKOTEC

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Absenkung der Kondensationstemperatur / des
 Kondensationsdrucks
Absenkung der Kühlwassertemperatur

 Druck [bar]
• Die Leistung des Verdichters sinkt.

• Die Leistung des Verdampfers steigt.

• Die Leistung (EER) steigt.

 ä ሶ 0
 = =
 ℎ Q0 Pel

 Enthalpie [kJ/kg]
 Abbildung: ÖKOTEC

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Teillasteffizienz

Bedarfsgerechte Regelung
Regelung in Abhängigkeit vom Bedarf
Anpassung der Leistungsgrößen
/Betriebsparameter an die
Lastanforderungen der Verbraucher

 Auswahl der Kältemaschine nach Effizienz in
 den Hauptlastfällen
 Bewertung auf Basis von Lastanalysen und
 Teillasteffizienzen unter Beachtung variabler
 Einflussgrößen

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Einsparmaßnahmen - Freie Kühlung

 Freie Kühlung
 Kälteerzeugung über Rückkühler /
 Kühltürme in Tieftemperaturperioden
 oder Schwachlastzeiten, zur Vorkühlung

 Großzügige Dimensionierung der
 Wärmeübertragerflächen
 Maximierung der Temperaturniveaus
 Kälterückgewinnung und sorbtive
 Kühlung

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Einsparmaßnahmen - Rückkühlung

 Maximierung der Temperaturspreizung Auswahl günstiger Standorte für
 und hydraulischer Abgleich der Systeme Rückkühler
 Prüfung der tatsächlichen Anforderungen niedrige Umgebungstemperatur, freie
 der Verbraucher Zirkulation der Umgebungsluft

 Regelmäßige Reinigung der Rückkühler
 Einsatz drehzahlgeregelter Ventilatoren
 geringere Verschmutzung durch Pollen
 effiziente (stufenlose) Regelung
 und Sporen im Frühling

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Einsparmaßnahmen - Kälteverteilung

 Durchführung eines hydraulischen
 Abgleichs
 optimale Kälteverteilung im Teilnetz, in
 Strängen und an Einzelanlagen mit
 minimalen Volumenströmen

 Vermeidung von Druckverlusten
 Rückbau von Umlenkschaltungen und
 Überprüfung Einsatz Drosselventile
 Massenstromabgleich zwischen
 versus Einsatz dezentraler
 Erzeugung und Verteilung
 Hocheffizienzpumpen,
 Reduktion der Pumpenergiekosten und
 Rohrleitungsführung und -
 Vermeidung von Temperaturverlusten
 dimensionierung

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Einsparmaßnahmen - Verbraucher

Bedarfsgerechte Abtauregelung
• Beginn Abtauvorgang in Abhängigkeit von
 tatsächlichen Vereisungen am Verbraucher
• Abtaudauer geregelt nach Abtauerfolg
• Nutzung verfügbarer Abwärme

Wärmerückgewinnung
• Nutzung der Rückkühlwärme der
 Kältemaschinen z.B. zur Luftvorwärmung in
 Lüftungsanlagen
• Nutzung der Ölkühlerwärme und
 Enthitzung zur Wärmebedarfsdeckung

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Systematik Vorgehen Systemoptimierung

 Nutzenergieverbrauch Energieverteilung Nutzenergieerzeugung
 Kälteverbrauch Kälteverteilung Kälteerzeugung

  Reduzierung  Minimierung Kälteverluste  Bedarfsgerechte, hocheffiziente
 Nutztemperaturniveau  Reduzierung der Grädigkeit Kältemaschinen mit
  Bedarfsgerechte Regelung im Systems Wärmerückgewinnung
 des Kälteeinsatzes  Minimierung der  Effiziente Regelung
  Kälterückgewinnung Volumenströme  Maximale Nutzung „Freie
 Kühlung“

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Empfehlung
 Gesamtsystembetrachtung
 Effizienzbewertung auf Basis von Lastgangauswertungen
 Einsatz effizienter natürlicher Kältemittel
 Betriebsabhängige Maximierung der
 Kühltemperaturniveaus und Minimierung der
 Grädigkeiten und Kondensationstemperaturen (wenn
 keine Abwärmenutzung erfolgt) unter Nutzung der Freien
 Kühlung
 Kälterückgewinnung prüfen, Abwärmenutzung prüfen
 Optimierung am Verbraucher beginnen
 Effizienzerhalt durch Monitoring sicherstellen
 Effizienzerhalt durch angepasste Wartung sicherstellen

 5. Jahrestagung IEEKN / ÖKOTEC Workshop Klimaneutrale Kälteerzeugung

Vielen Dank.
ÖKOTEC Energiemanagement GmbH
EUREF-Campus, Haus 13
Torgauer Straße 12-15
10829 Berlin

Tel. +49 (30) 536397 – 0
Fax +49 (30) 536397 – 90
energie@oekotec.de

www.oekotec.de