Reduktion der Kühllast und freie Kühlung

Wie kann der Energieverbrauch begrenzt werden?

• Ausschalten von Kühl- und Tiefkühlräumen,
• Reduktion des Wärmeeintrags beim Ein- und Auslagern,
• Reduktion des Wärmeeintrags über Türen (vgl. Maßnahme "Trennung von Gebäudebereichen"),
• Isolation der Wände,
• Reduktion des Wärmeeintrags durch Maschinen und Personen,
• Reduktion des Wärmeeintrags durch Beleuchtung,
• Regelung der Rahmenheizung,
• Optimierung der Steuerung der Abtauheizung,
• Implementierung von freier Kühlung (engl.: free-cooling).

Freie Kühlung nutzt die direkte Verwendung einer externen Quelle, wie Luft oder Wasser. Bei direkter Nutzung muss die Temperatur und Feuchtigkeit des Mediums für den jeweiligen Anwendungsfall unbehandelt verwendbar sein (z. B. Einführung von Außenluft ohne Behandlung). Bei indirekter Nutzung wird das Medium mit einem geringeren Energieverbrauch der HLK (Heizung, Lüftung, Klimatechnik) oder des Kühlsystems behandelt. Es wird typischerweise in HLK-Systemen verwendet, wird aber auch genutzt, um die Kühlung für industrielle Anwendungen zu unterstützen. Neue HLK-Systeme sind in der Regel so konzipiert, dass sie eine freie Kühlung ermöglichen, während andere oder ältere Systeme oft modifiziert werden müssen. Die am besten geeignete Umgebung für die freie Kühlung ist eine Kombination aus einer kalten oder milden Klimazone und einem ganzjährigen Bedarf an Kühlenergie. Dies betrifft viele Fertigungsindustrien, wie z. B. Lebensmittel- und Getränkeindustrien, aber auch andere Arten von Einrichtungen wie Rechenzentren und Räume, in denen konstante Temperatur- und Feuchtigkeitswerte aufrechterhalten werden müssen (Reinräume, Kühlräume, Bereiche von Krankenhäusern usw.)

Mit der Installation eines Freikühlers kann Umgebungsluft oder Kühlwasser direkt zur Kühlung des sekundären Kältemittelkreislaufs (z. B. Produkte, Prozesse) verwendet werden.

Traditionell verwenden HLK- und Kühlsysteme einen Kühler, um die für Prozesse oder HLK-Anwendungen erforderliche Kühlung zu erzeugen. Freie Kühlsysteme zielen stattdessen darauf ab, den Energiebedarf von Kältemaschinen zu reduzieren oder sogar auf null zu bringen. Diese Systeme können luftgekühlten oder wassergekühlten elektrischen Kühlern hinzugefügt und bei Bedarf aktiviert werden.

Ein freies Kühlsystem kann zusammen mit den Energieeinsparungen verschiedene Vorteile bieten, wie zum Beispiel:

• Reduzierter Wasserverbrauch
• Reduzierte Betriebskosten
• Reduzierter CO₂-Fußabdruck: geringere Treibhausgasemissionen.
• Reduzierte Wartungskosten: längere Lebensdauer der Ausrüstung

In der Regel haben Free Cooling-Kühlanlagen im Vergleich zu herkömmlichen Kaltwasserkühlern, aufgrund der reduzierten Anzahl von Jahresbetriebsstunden des Kompressors, einen längeren Lebenszyklus.

Installation einer neuen Kältemaschine, Firma: Etiketten Carini GmbH (Österreich 2016)

• Ausgangssituation: Im Altbau der Etiketten Carini GmbH lief die Kälteerzeugung über eine Kältemaschine mit einer Kälteleistung von 238 kW. Da bei dieser Kältemaschine kein Free Cooling möglich war, musste auch bei niedrigen Außentemperauren zur Sicherstellung der entsprechenden Maschinenkühlung eine erhebliche Menge an elektrischer Energie aufgewendet werden. Die zur Bereitstellung der entsprechenden Kühlung benötigte Strommenge belief sich auf 280.586 kWh/a.
• Beschreibung der Maßnahme: Die alte Kältemaschine wurde gegen zwei neue Kältemaschinen mit jeweils 118 kW Kälteleistung getauscht. Die neue Kälteanlage ermöglicht ein freies Kühlen bei niedrigen Außentemperaturen. So wird im Winter eine Kühlung bei vergleichsweise sehr geringem Aufwand an elektrischer Energie möglich. Der Aufwand an elektrischer Energie reduziert sich dadurch auf 154.321 kWh/a. Dadurch ergibt sich eine Ersparnis von 126.500 kWh/a.
• Investitionskosten: 126.500 EUR
• Amortisationszeit: 11,9 Jahre

Installation einer neuen Kältemaschine, Lebensmittelindustrieanlage (Mitteleuropa)

• Ausgangssituation:
  • Zuluftstrom: 60.000 Nm3 /h - Energieverbrauch bei der Kühlung: 600.000 kWh/Jahr
  • Durchschnittlicher Strompreis: 0,10 EUR/kWh
  • Wirtschaftlicher Energieaufwand für Kühlung: 60.000 EUR/Jahr
• Beschreibung der Maßnahme: Die Wahl zwischen der Nutzung von Luft oder Wasser wird durch eine Reihe von Faktoren bestimmt. Entscheidend sind die Verfügbarkeit von Wasser und dessen Kosten, der verfügbare Platz für eine Kältemaschine, die Stromkosten und der Zeitraum, in dem die freie Kühlung genutzt werden kann. Im Allgemeinen sind wassergekühlte Kühler sowie eine freie Kühlung im Vergleich zu luftgekühlten Kühlern platzsparender. Die Lebensmittel- und Getränkeindustrie erfordert verschiedene Arten der Kühlung, z. B. die Temperaturregelung zum Verringern der Bakterienbelastung und das schnelle Einfrieren/Abkühlen von vorgekochten gefrorenen Lebensmitteln. Die Kühlsysteme könnten dazu beitragen, die Produktivität zu steigern, ohne die wichtigen organoleptischen Eigenschaften des Endprodukts wie Geschmack, Farbe und Geruch zu verringern. Die freie Kühlung hat das Ziel, den Energieverbrauch der Kältemaschine zu senken. Sie kann über (gesteigertes) direktes Ansaugen von Außenluft, über eine Kältemaschine mit eingebauter freier Kühlspirale oder über einen Freikühler erfolgen, der in Reihe mit einem Kühler arbeitet. Letzteres sollte in der Regel aufgrund der größeren Oberfläche, die der Luftkühler bietet, effizienter sein. Zuluftstrom: 60.000 Nm3 /h Energieeinsparung: 100.000 kWh/Jahr Energiesparende Einsparungen: 10.000 EUR/Jahr
• Investitionskosten: 15.000 €
• Amortisationsdauer: 1,5 Jahre