Vom Labor- bis zum Praxistest – energieeffiziente Kältemaschinen

Wärmemanagement Vom Labor- bis zum Praxistest – energieeffiziente Kältemaschinen

25.10.2016Autor / Redakteur: Rüdiger Kuhn * / Kristin Rinortner

Der HybridChiller ist eine potente und effiziente Kältemaschine, die das Kompressions- und Adsorptionsverfahren in einem Gerät vereint – laut Hersteller eine Revolution im Bereich der Kältetechnik.

Anbieter zum Thema

Schulz-Electronic GmbH

PFLITSCH GmbH & Co. KG

Glen Dimplex Deutschland GmbH - Riedel Kooling

Teststand: Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat im Juli 2016 den HybridChiller im Labor getestet. Sie bescheinigen eine sehr gute Performance unter realen Bedingungen. Das belegt der ESEER-Wert von 19,6, der aufgrund des Neuheitsgrades der Anwendung in einem praxisrelevanten, am ESEER-Wert orientierten Verfahren gemessen wurde.
(Bild: Riedel/Erik Mosoni)

Entstanden ist der HybridChiller durch eine Kooperation zwischen RIEDEL Kältetechnik und der SorTech AG, einem Pionier im Bereich der Adsorptionskältetechnik. Der HybridChiller verbindet Kompressions- mit Adsorptionstechnik: Eine Kältemaschine arbeitet wie ein Adsorptionsaggregat und nutzt vorhandene Abwärme als Energiequelle. Das zweite Modul des HybridChillers, eine Kompressionsanlage, sorgt für effiziente und präzise Kühlung. Schwankungen bei Abwärme- und Umgebungstemperaturen sowie Spitzenlasten werden gezielt durch den Kompressor ausgeglichen. Als Kühlmedium dient ein geschlossener Wasserkreislauf.

Bildergalerie

Bild 1: Der HybridChiller erzeugt Kaltwasser in einem Temperaturspektrum von 8 bis 25 °C. Damit ergeben sich für die Kältemaschine viele Einsatzmöglichkeiten: Kühlung von Prozessen in metall- oder kunststoffverarbeitenden Betrieben bis zur Kühlung von Rechenzentren und IT-Umgebungen.

Bild 2: Der HybridChiller arbeitet einerseits wie ein Adsorptionskälteaggregat und nutzt Abwärme als Energiequelle, die je nach Anwendung meistens kostenfrei bereitsteht. Ressourcen werden dabei optimal verwertet, weil – vereinfacht gesagt – aus Wärme Kälte gemacht wird.

Bild 3: Der Wärmetauscher, beschichtet mit Adsorbens

Labortest – Wasserkühlung auf hohem Niveau

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hat im Juli 2016 den HybridChiller im Labor getestet. Für Ivan Malenkovic, Fraunhofer ISE, war der Test eine interessante Herausforderung: „Ich war wirklich gespannt auf den HybridChiller, der mit seiner neuartigen Kombination der Technologien Neuland bedeutet. Darauf mussten wir uns erst einmal einstellen. Wir haben dann ein Testumfeld aufgebaut, das möglichst nah an den Vorgaben der Eurovent-Richtlinie ist. In diesem Umfeld haben wir die Effizienz des Gesamtsystems gemessen. Das Ergebnis dieser Messungen liefert eine durchaus vergleichbare Orientierung.“

Nach eingehender Prüfung bescheinigen die Fraunhofer-Experten dem HybridChiller eine sehr gute Leistungsfähigkeit unter realen Bedingungen. Das belegt der ESEER-Wert von 19,6: der ESEER-Wert (European Seasonal Energy Efficiency Ratio) gibt an, wie effizient ein Kälteaggregat arbeitet. Zum Vergleich: mit einfacher Kompressionskälte sind Leistungszahlen (ESEER) von etwa 3,5 zu erreichen.

Praxistest – Kühlung in der metallverarbeitenden Industrie

Voraussetzung für den Betrieb eines HybridChillers ist eine vorhandene Abwärmequelle mit Temperaturen zwischen 55 und 95 °C. Eine solche Quelle steht zum Beispiel bei Fernwärme, Prozesswärme in der Industrie und Blockheizkraftwerken (BHKW) zur Verfügung. Ein Anwendungsfall bei einem europaweit tätigen Unternehmen der metallverarbeitenden Industrie ist aktuell in Planung und skizziert den konkreten Einsatz und Nutzen des HybridChillers: In den Produktionshallen des Unternehmens werden zwei BHKW sowohl zur Beheizung von Büroräumen und Produktionsflächen als auch zur Erzeugung von Brauchwarmwasser betrieben. Der erzeugte Strom der BHKW wird eigengenutzt. Die im Produktionsbetrieb genutzten laserbasierenden Werkzeugmaschinen benötigen zum Erzielen einer hochwertigen Produktqualität leistungsvariable Kühlung auf konstantem Temperaturniveau.

Das sind ideale Voraussetzung für den Einsatz eines HybridChiller. Die permanent zur Verfügung stehende Abwärme des BHKW von ca. 80 °C wird als Antriebsenergie für den Adsorptionsteil des HybridChiller genutzt. Temporär benötigte Mehr- oder Regelkühlleistung wird durch den Kompressionsteil ergänzt. Im konkreten Beispiel wird den Laseranlagen das Kühlwasser mit einer Temperatur von 20° C zur Verfügung gestellt. Durch Nutzung der Abwärme kann elektrische Antriebsenergie zum Betrieb einer rein kompressionskältetechnischen Kühlung eingespart werden. Für das Unternehmen ergeben sich kalkulierte Kostenvorteile von ca. 4800 € pro Jahr. Die nicht mehr benötigte elektrische Energie entspricht einem CO₂-Äquivalent von 42.000 kg.

Solare Kühlung in Büro- oder Hotelanlagen

Neben der Anwendung in metall- und kunststoffverarbeitenden Betrieben ist die solare Kühlung eine weitere lohnende Einsatzmöglichkeit für den HybridChiller. Dabei wird Wasser über Solarthermie-Kollektoren erwärmt und dem HybridChiller als Wärmequelle zur Verfügung gestellt. Daraus erzeugt der Chiller kühles Wasser, das zum Beispiel mittels Betonkernaktivierung zur Raumkühlung verwendet werden kann.

Energieeffizienz: Rittal bietet invertergeregelte Chiller in den Leistungsklassen von 2 bis 20 kW. Hier ein Chiller mit 8 bis 20 kW Kühlleistung. (Bild: Rittal)

Hierfür reicht eine Temperaturdifferenz von 3 K zwischen Wasser- und gewünschter Raumtemperatur aus. Auch hier überzeugt das Kühlaggregat mit seinem dauerhaft zuverlässigen Betrieb. Falls die Temperatur der Abwärmequelle zurückgeht, stellt er auf bivalenten Betrieb aus Kompression und Adsorption um. Bleibt die Wärme aufgrund der Witterung oder in der Nacht komplett aus, schaltet der HybridChiller automatisch auf reinen Kompressionsbetrieb um. In beiden Fällen gilt: Die Kühlleistung bleibt zu jeder Zeit stabil.

Attraktive Förderprogramme – eine lohnende Investition

Gerade in der Industrie müssen sich Investitionen in wenigen Monaten rechnen. Die Förderprogramme auf Bundes- und Landesebene tragen zu einer zügigen Amortisation bei. Der HybridChiller ist als Gesamtinvestition über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) förderfähig. Betreiber von BHKW in Verbindung mit einem HybridChiller werden nach dem Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWK-G) unterstützt. Durch die intelligente Kühltechnik ist ein ganzjähriger Betrieb des BHKW möglich, dies ermöglicht eine ebenso ganzjährige KWK-Förderung. Zusätzlich wird die Nutzung des vor Ort erzeugten Stroms vergolten. So profitieren Unternehmen gleich doppelt vom HybridChiller: durch bis zu 80% weniger Stromverbrauch bei der Kühlung und einem schnellen Return on Investment.