Kälteanlagen So fordert der Klimawandel die Kältetechnik heraus

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Der Klimawandel hat schon jetzt konkrete Auswirkungen auf die Kältetechnik – für die Hersteller von Kälteanlagen sowie für deren Betreiber. Was bedeutet das konkret aus Sicht der Anwender? Welcher Handlungsbedarf besteht und wie gestalten sie die eigene Kälteversorgung zukunftssicher?

Die höchste zu erwartende Umgebungstemperatur ist ein entscheidender Faktor bei der Auslegung von Industrie-Kälteanlagen, Kaltwassersätzen und Rückkühlanlagen. Denn sie bestimmt die Anlagenhöchstleistung. Wird die Umgebungstemperatur zu niedrig angesetzt, kann die Kälteanlage in Hitzeperioden nicht ausreichend Kälte bereitstellen.

Der Faktor wird steigen, davon ist die Klimaforschung überzeugt. Wie hoch die Steigerungen konkret sein werden, hängt von der realen Erderwärmung ab und damit auch von den Bemühungen um die Reduzierung der CO₂-Emissionen. 

Ein mögliches Szenario sieht so aus: Um das Jahr 2050 wird es im Südwesten Deutschlands an 80 Tagen Temperaturen von über 25 °C geben. In den Jahren 1971 bis 2000 waren es im Schnitt nur dreißig Tage. In Stuttgart wird es an 70 Tagen heißer als 30 °C sein; und die Spitzenwerte werden bei kaum vorstellbaren (und bislang noch nie erreichten) 45 °C liegen. 

Die Auslegungstemperatur prüfen

Die Zieltemperatur der Kälte, die eine Anlage beispielsweise für den Spritzgießprozess erzeugt, soll davon unberührt bleiben. Daher müssen die Anlagen zukünftig eine größere Temperaturdifferenz überbrücken sowie eine höhere Kälteleistung erzeugen beziehungsweise erbringen. Der Anwender sollte daher prüfen, ob seine Anlage für das zu erwartende Temperaturniveau ausgelegt ist.

Ist das nicht der Fall, lässt sich der Temperaturbereich eventuell durch Vergrößern der Wärmetauscher oder durch Integration zusätzlicher Wärmetauscher in den Kältekreislauf erweitern. Ob das möglich und mit welchem Aufwand das verbunden ist, hängt von den individuellen Gegebenheiten ab.   

Aber selbst wenn die Anlage bei einer Außentemperatur von 45 °C die gewünschte Kältemenge problemlos bereitstellen kann, gibt es Handlungsbedarf. Denn die Anlage wird in Zukunft, bei höheren Umgebungstemperaturen, mehr beansprucht. Die Folgen sind höherer Energieverbrauch und höhere CO₂-Emissionen. 

Hinzu kommt: Die Energiekosten werden – „vorsichtig ausgedrückt“ – perspektivisch eher steigen als fallen und durch die CO₂-Bepreisung sind weitere Kosten zu erwarten. Das sollte insbesondere bei der Projektierung neuer Anlagen berücksichtigt werden. Denn mit der höheren Leistung, die Kälteanlagen künftig erbringen müssen, steigt die Bedeutung und auch die Wirksamkeit von energiesparenden Konstruktionsmaßnahmen. 

Ziel: höchste Effizienz in allen Temperaturlagen

Eine zukunftssichere Kältemaschine muss somit auf die zu erwartenden hohen Außentemperaturen ausgelegt und mit den entsprechenden Techniken ausgerüstet sein. Dazu gehören auch geeignete Kältemittel. Das heißt, Niederdruckkältemittel und natürliche Kältemittel. 

Allerdings treten die außergewöhnlich hohen Temperaturen, für die eine Kälteanlage ausgelegt sein muss, nur in extremen Wetterlagen (sprich: Hitzeperioden) auf. In allen anderen Temperaturbereichen muss die Anlage dennoch energieeffizient arbeiten. Das ist dann gegeben, wenn sie gut regelbar und ihre Leistung an die jeweilige Außentemperatur anpasst ist. 

Das wird durch bewährte Regelungs- und Energieeinspartechniken gewährleistet: 

• Ein Freikühler (Bild 1) erzeugt die für die Rückkühlung des Kühlwassers benötigte Kälte bei mittleren und niedrigen Umgebungstemperaturen zum Nulltarif aus der Umgebung. 
• Eine in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur gleitende Kondensationstemperaturregelung kann den Energieverbrauch bei mittleren und niedrigen Außentemperaturen erheblich senken. 
• Eine weitere empfehlenswerte Maßnahme, die sich in einem vertretbaren Zeitraum amortisiert, ist der Einsatz von drehzahlgeregelten, bedarfsabhängig gesteuerten Pumpen und Kompressoren.

Neuanlagen: Einsatz innovativer Technologien prüfen

Neben diesen bewährten effizienzsteigernden Maßnahmen gibt es auch neue Technologien, mit denen die Effizienz von Kälteanlagen gesteigert werden kann. 

Hierzu zwei Beispiele:

• Adiabatische PAD-Freikühler können auch bei hohen Außentemperaturen eine Kühlung aus der Umgebung gewährleisten. 
• Wärmepumpen (Bild 2) im Rückkühlkreis ermöglichen eine Wiederverwendung der Wärme, die in den Prozess eingebracht wird. 

In jedem Fall gilt für die Betreiber von Kälteanlagen die Empfehlung, sich beziehungsweise ihre Anlagen auf die prognostizierten höheren Spitzen-Umgebungstemperaturen einzustellen. 

Zukunftssichere Kältetechnik 

Ein weiterer Zukunftsaspekt, der bei der Planung neuer Kälteanlagen und auch bei der Bewertung vorhandener Anlagen zu berücksichtigen ist, betrifft das verwendete Kältemittel. Die F-Gase-Verordnung regelt den schrittweisen Verzicht von klimaschädigenden HFKW-Kältemittel, die in vielen älteren Anlagen eingesetzt werden. 

Bei Anlagen mit diesen Kältemitteln darf der Anwender ab einem definierten Zeitraum – in Abhängigkeit unter anderem von der Füllmenge – nicht mehr in den Kältekreislauf eingreifen und beispielsweise Kältemittel nachfüllen. Die Lebensdauer dieser Anlagen ist somit begrenzt. 

Alternativen stehen zur Verfügung: Mit natürlichen Kältemitteln wie Propan (Bild 3), die ein geringes „Global Warming Potential“ aufweisen, lassen sich sehr energieeffiziente und zukunftssichere Kälteanlagen projektieren. Diese Anlagen (und nur solche) sind darüber hinaus BAFA-förderfähig.