Der Rewe-Markt in Dortmund-Hörde setzt nicht nur bei seinen Lebensmitteln, sondern bei der Luft auf Frische und behält so zugleich die Umwelt im Blick: Denn in den Kälteanlagen des Supermarktes kommt anstelle von chemischen Kältemitteln ausschließlich natürliches CO2 (R744) als Kältemittel zum Einsatz.

Bild: Danfoss

Systemmanagement für Kälteanlagen Nachhaltig kalt gemacht

06.11.2016

Ein neuartiges Konzept für eine Kälteanlage im Supermarkt spart nicht nur Geld, sondern auch CO2 -Emisionen. Statt chemischer Kältemittel kommt natürliches CO2 zum Einsatz. Ein Systemmanager sorgt für die passende Anlagenkonfiguration, eine genaue Regelung spart Energie.

Der Rewe-Markt in Dortmund-Hörde setzt nicht nur bei seinen Lebensmitteln, sondern bei der Luft auf Frische und behält so zugleich die Umwelt im Blick: Denn in den Kälteanlagen des Supermarktes kommt anstelle von chemischen Kältemitteln ausschließlich natürliches CO2 (R744) als Kältemittel zum Einsatz. Dies sorgt für einen deutlich geringeren Ausstoß an Treibhausgasen: Die neue Anlage spart 110 t schädlicher Emissionen jährlich.

Zusätzlich integrierten die Betreiber eine Klimaanlage und eine Wärmepumpe zur Beheizung der rund 1.950 m2 großen Verkaufsfläche und der Nebenräume in die Gesamtanlage. Sie versorgt die Kühlmöbel und -räume, die Tiefkühlung, die Heizung, die Brauchwassererzeugung und die Verkaufsflächenklimatisierung. Das Konzept in dieser Bauart ist das erste seiner Art in Deutschland. Auch weltweit war es zu diesem Zeitpunkt erst viermal im Einsatz. Schrezenmaier Kältetechnik setzte das Konzept mit einer CO2-Kälteanlage mit Komponenten von Danfoss um.

Eine solche Kälteanlage fordert hohe Sicherheitsstandards. So müssen im Maschinenraum sowie in allen Kühlräumen Gaswarner installiert sein, um vor Erstickungsgefahr zu warnen. Ein weiterer Aspekt, den die Betreiber bei der Planung beachten mussten, ist der hohe Betriebsdruck. CO2 komprimiert bei viel höherem Druck als herkömmliche Kältemittel. Die Kälteleitungen und Komponenten müssen daher einen Druck von bis zu 120 bar aushalten. Übliche Kupferrohre sind nicht für diesen Druck freigegeben, daher erfordert die Anlage auf der Hochdruckseite zur damaligen Zeit druckfeste Edelstahlrohre.

Leichte Konfiguration

Der Systemmanager Danfoss AK-SM 850 ist speziell auf die Bedürfnisse im Lebensmitteleinzelhandel ausgerichtet. Er bietet alle Funktionen und Werkzeuge zur Regelung und Überwachung der Kältetechnik. Über sein Alarmmanagement und die Dokumentation von Alarmaktionen lassen sich Warenschäden effektiv vermeiden, da immer die richtige Temperatur sichergestellt ist. Die kontinuierliche Energieaussteuerung senkt die Energiekosten des Supermarktes. Der Danfoss AK-SM 850-Systemmanager koordiniert alle relevanten Anlagensegmente wie die Klimaanlage, die Kühl- und Tiefkühlregale, aber auch die Beleuchtung der Wandkühlregale und die Marktbeleuchtung. Mit dem Web-Assistenten kann der Benutzer die Ersteinstellungen schnell und einfach durchführen. Der Systemmanager unterstützt sowohl Modbus- als auch Lon RS485-Bus-Anschlüsse. Ein integrierter USB-Flash-Drive-Anschluss ermöglicht ein einfaches Aktualisieren der Firmware und Speichern der Datenbank.

Der Verbundregler AK-PC 781 sorgt für eine effiziente Wärmerückgewinnung. Seine Hauptaufgabe ist es, Verdichter und Verflüssiger so zu regeln, dass sie jeder Zeit unter den energetisch optimalen Druckbedingungen arbeiten. Vom Druckmessumformer abgegebene Spannungssignale ermöglichen sowohl die genaue Regelung des Saugdrucks, als auch die des Verflüssigungsdrucks. Der Regler ist mit Ölsteuerungs- und Wärmerückgewinnungsfunktionen sowie einer CO2-Gasdruckregelung ausgestattet. Der Verbundregler regelt die Leistung von bis zu acht Verdichtern. Er kann darüber hinaus die Sicherheitsüberwachung von Hochdruck, Niederdruck und Druckrohrtemperatur übernehmen. Die Regler können, zusätzlich zur Leistungsregelung, anderen Reglern Signale über vordefinierte Betriebszustände senden, zum Beispiel zur Zwangsschließung von Expansionsventilen nötige Alarmsignale und -mitteilungen übermitteln.

Kälteleistung verbessern

Vorteil dieser Reglerbaureihe ist, dass sie sich bei einer Vergrößerung der Anlage einfach erweitern lässt. Beim Verbundregler lassen sich gleiche Module nach Bedarf zusammensetzen, und der Betreiber kann die Anlage an Bedürfnisse anpassen. Zudem ist der Anschluss von bis zu vier externen Displays, mit und ohne Bedientasten, möglich. Sie können Messwerte wie Saugdruck, Verflüssigungsdruck oder die Temperatur am Wärmeübertrager darstellen.

In Kälteanlagen ohne Drehzahlregelung läuft der Verdichter ständig unter Volllast. Er kennt lediglich die Zustände Ein oder Aus, unabhängig von der gerade benötigten Kälteleistung. Ein Expansionsventil versucht stets, den Verdampfer bestmöglich zu füllen, daher bewirkt diese Verdichterschaltung eine Änderung des Verdampfungsdrucks und erzeugt ein Pendeln der Anlage. Die Verdichter schalten häufig ein und aus und verursachen somit höhere Energiekosten. Der Verdampfer ist dabei nie richtig gefüllt und läuft ineffektiv. Dies hat zur Folge, dass auch die Kälteleistung der Kälteanlage nicht besonders gut ist. Eine genaue Regelung des Verdichters mittels Frequenzumrichter zur Anpassung der Drehzahl erhöht die Stabilität und Leistung des Systems, da der Verdampfer jederzeit bestmöglich gefüllt ist. Der Verdampfungsdruck ändert sich bei dieser Regelung nicht und nutzt so die Kälteleistung der Kälteanlage sehr gut aus. Im Rewe-Markt regelt daher je ein Danfoss VLT Refrigeration Drive FC 103 die für die Kühltheken und den Tiefkühlbereich zuständigen Verdichter.

Der FC 103 ist speziell für die Regelung von Antrieben in der Kältetechnik zugeschnitten. Im Umrichter sind bereits Daten für häufig verwendete Kühlmittel hinterlegt. Der Anwender gibt lediglich die gewünschte Verdampfungsdrucktemperatur über das Bedienpanel ein. Eine benutzerdefinierte Eingabe des verwendeten Kühlmittels ist ebenfalls möglich. Zudem kann der VLT Refrigeration Drive über eine automatische Sollwertumschaltung für Tag- und Nachtbetrieb den Energieverbrauch deutlich reduzieren, da nachts geringere Drehzahlen erforderlich sind.

Drehzahlgeregelte Anpassung

Beim Verdichterbetrieb ist der Anlauf die kritische Phase. Startet der Verdichter sofort mit voller Leistung, saugt er das komplette Gas ab und schaltet sich, da Nachschub fehlt, sofort wieder aus. Der drehzahlgeregelte Start vermeidet das Auftreten dieses "Turboloches" und somit auch die ungeplante Abschaltung. Sollte ein besonders schneller Anlauf dennoch erforderlich sein, kann der VLT Refrigeration Drive ein Druckausgleichsventil öffnen und den Verdichter ohne Last schnell anlaufen lassen.

Im niedrigen Drehzahlbereich kann es jedoch vorkommen, dass die Schmierung des Verdichters nicht reicht. Lange Rampenzeiten beim Starten bedeuten eine langsame Beschleunigung und somit einen längeren Betrieb im kritischen Bereich. Um diese Verschleißquelle zu vermeiden, bietet der VLT FC 103 eine separate Startrampe für den Hochlauf. Ist der kritische Bereich durchlaufen und eine ausreichende Schmierung sichergestellt, schaltet der VLT automatisch auf eine langsamere Rampenzeit um.

Anpassungen im laufenden Betrieb reduzieren die Zahl der notwendigen Starts und Stopps zusätzlich auf ein Minimum. Eine maximale Zahl von Start-/Stoppzyklen für einen gegebenen Zeitraum lässt sich ebenfalls über die Bedieneinheit einstellen. Zudem hat der VLT Refrigeration Drive eine Funktion, die häufiges Zu- und Abschalten der netzbetriebenen Verdichter vermeidet.

Sollte der Frequenzumrichter, beispielsweise durch einen Alarm, den drehzahlgeregelten Verdichter nicht mehr starten können, kann er die Regelung der netzbetriebenen Verdichter trotzdem aufrechterhalten. Der Rewe-Markt in Dortmund spart mit seiner neuen Kälteanlage nicht nur Geld, sondern auch rund 20 Prozent der CO2-Emisionen pro Jahr im Vergleich zu R404A-Anlagen ein.

Bildergalerie

  • Bei CO2-Kälteanlagen muss in der Planung auch der Betriebsdruck beachtet werden. Dieser ist höher als bei herkömmlichen Kältemitteln.

    Bild: Danfoss

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