{"id":6548,"date":"2020-05-12T14:03:03","date_gmt":"2020-05-12T12:03:03","guid":{"rendered":"https:\/\/beta.compact-kaeltetechnik.de\/?p=6548"},"modified":"2020-08-26T12:40:30","modified_gmt":"2020-08-26T10:40:30","slug":"artikel-co2-kws-gfz-potsdam","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.compact-kaeltetechnik.de\/de\/news\/artikel-co2-kws-gfz-potsdam\/","title":{"rendered":"GFZ k\u00fchlt und heizt mit CO2-Kaltwassersatz"},"content":{"rendered":"

CO2-Kaltwassersatz mit W\u00e4rmer\u00fcckgewinnung
\nDeutsches GeoForschungsZentrum k\u00fchlt und heizt mit R744<\/h3><\/div>

Das Helmholtz-Zentrum in Potsdam plante die Erweiterung seiner K\u00e4lte-, Klima- und Heizzentrale mit Umsetzung zum Jahresende 2019. Daf\u00fcr lieferte die compact K\u00e4ltetechnik GmbH in Zusammenarbeit mit der K\u00e4lte- & Klimatechnik Hartung aus Dresden einen 300 kW-Kaltwassersatz inklusive W\u00e4rmer\u00fcckgewinnung mit dem nat\u00fcrlichem K\u00e4ltemittel CO2 (R744). Der Kaltwassersatz ist in eine komplexe Geb\u00e4udeleittechnik eingebunden und soll vorrangig 300\u2009kW Kaltwasser in den \u00dcbergangsjahreszeiten bei Vor-\/ R\u00fccklauftemperaturen von 14\/7 \u00b0C bereitstellen. Dieses wird zur K\u00fchlung von Laboren, B\u00fcros und dem Serverraum genutzt.<\/strong><\/p>\n

Im Vorfeld der Ma\u00dfnahme stellte das GeoForschungsZentrum (GFZ) ein gesamtheitliches Energiekonzept der vorhandenen K\u00e4lte- und W\u00e4rmeversorgung auf und beauftragte dann f\u00fcr die Planung der K\u00e4ltetechnik die ProVentplan GmbH aus L\u00fcneburg. Unter Ber\u00fccksichtigung zuk\u00fcnftiger Beschr\u00e4nkungen durch die F-Gase-Verordnung wurde die Entscheidung f\u00fcr eine langfristige und individuell gefertigte L\u00f6sung mit nat\u00fcrlichem K\u00e4ltemittel getroffen.
\nAls Antrieb kommen vier Hubkolbenkompressoren zum Einsatz; die derzeit gr\u00f6\u00dften von Bitzer erh\u00e4ltlichen 6-Zylinder-Kompressoren mit starkem Motor (6FTE-50K), die f\u00fcr dieses Einsatzgebiet geeignet sind. Der erste Verdichter kann mittels Frequenzumrichter (FU) stufenlos von 25 bis 70 Hz betrieben werden. Somit wird eine l\u00fcckenlose Leistungsanpassung gew\u00e4hrleistet. Anfallende Abw\u00e4rme kann auf einem Temperaturniveau von 40\/55 \u00b0C in einem Plattenw\u00e4rme\u00fcbertrager vom Heizkreislauf (Anhebung der R\u00fccklauftemperatur des Heizungssystems) entnommen werden und dient in diesem Fall einer Vorerw\u00e4rmung des Heizwassers. H\u00f6here Heizvorlauftemperaturen sind bei hoher gegebener Verdichtungsendtemperatur ohne weiteres zu erreichen.<\/p>\n

Die verbleibende Kondensations- bzw. Gask\u00fchlerleistung wird von zwei Platten-Gask\u00fchlern und dem daran angeschlossenem Glykolkreislauf bei maximalen Vor-\/R\u00fccklauftemperaturen im Sommer von 36\/42 \u00b0C abgegeben. Falls keine W\u00e4rmer\u00fcckgewinnung betrieben wird, m\u00fcssen beide Gask\u00fchler die gesamte R\u00fcckk\u00fchlleistung abfahren k\u00f6nnen. Ein zus\u00e4tzlicher innerer W\u00e4rme\u00fcbertrager erf\u00fcllt dabei mehrere Funktionen: Er \u00fcberhitzt das Sauggas zur Vermeidung von Fl\u00fcssigkeitsschl\u00e4gen und bewirkt damit gleichzeitig eine erh\u00f6hte Sauggastemperatur f\u00fcr eine erh\u00f6hte Verdichtungsendtemperatur, die f\u00fcr die W\u00e4rmer\u00fcckgewinnung genutzt werden kann. Auf der anderen Seite k\u00fchlt er den Gask\u00fchleraustritt im transkritischen Betrieb weiter ab bzw. sorgt subkritisch f\u00fcr eine gr\u00f6\u00dfere Unterk\u00fchlung und somit f\u00fcr einen niedrigeren Flashgas-Anteil. Je geringer der sch\u00e4dliche Flashgasmassenstrom ist, desto effizienter kann die K\u00e4ltemaschine betrieben werden.<\/p>\n

Da es ma\u00dfgeblich war, die Maschine sehr platzsparend und dennoch servicefreundlich auszuf\u00fchren, kam als trockenexpandierender Verdampfer ebenfalls ein Plattenw\u00e4rme\u00fcbertrager zum Einsatz. Vor- und R\u00fccklauftemperaturen des Wassers konnten mit 14\/7 \u00b0C etwas h\u00f6her als \u00fcblich gew\u00e4hlt werden. Die gro\u00dfe Dynamik des K\u00e4ltemittels CO2 verlangt f\u00fcr die verl\u00e4ssliche Betriebssicherheit des Kaltwassersatzes nach einem Kompromiss aus ausreichend gro\u00dfer \u00dcberhitzung, m\u00f6glichst hoher Verdampfungstemperatur und niedriger mittlerer logarithmischer Temperaturdifferenz. Die daraus resultierende relativ gro\u00dfe Spreizung von 7 K hat zwar einige Effizienzeinbu\u00dfen zur Folge, erm\u00f6glicht aber eine kleinere Plattenauslegung bei stabiler \u00dcberhitzungsregelung. Mitteldruckabscheider samt Hoch- und Mitteldruckventil sowie Filtertrockner und Stillstandsk\u00fchlung wurden auf einem separaten Gestell in den Maschinenraum eingebracht. Vor Ort wurde die k\u00e4ltetechnische Verrohrung mit Edelstahlrohr komplettiert. R\u00fcckseitig am Verbundgestell wurde der Schaltschrank installiert. Die in der Fertigung in Dresden vorbereitete und fertig konfektionierte Verkabelung konnte schnell aufgelegt werden und vereinfachte so die Installation. Kaltwasser-, Glykol- und Heizwasser-\u00dcbergabepunkte sind jeweils mit Vorschwei\u00dfflanschen ausgef\u00fchrt, wodurch die Schnittstellen zu anderen Gewerken klar definiert sind.<\/p>\n

Die Steuerung erfolgt durch eine SPS von Siemens, welche die Anbindung zur Geb\u00e4udeleittechnik und eine benutzerfreundliche Bedienung mittels 7\u2018\u2018-Display sehr gut gew\u00e4hrleistet. Au\u00dferdem k\u00f6nnen komplexere und individuellere Regelungsmechanismen als durch einfachere Standardregler realisiert werden. Aufgrund der hohen Verdampfungstemperatur des CO2 und damit einhergehenden hohen \u00d6lwurfraten m\u00fcssen einige Besonderheiten beim \u00d6lmanagement beachtet werden. Ebenfalls sind aufgrund des stark variierenden Flashgasanteils gesonderte Vorkehrungen f\u00fcr eine stabile Saugdruckregelung zu treffen. Gro\u00dfe Schwankungen des Saugdrucks oder St\u00f6rungen der Kaltwasserpumpe k\u00f6nnten zu einer instabilen Verdampfungstemperatur f\u00fchren und schlussendlich durch Einfrieren des Kaltwassers schwerwiegende Sch\u00e4den verursachen.<\/p>\n

Unter Effizienzgesichtspunkten betrachtet werden die Vor- und Nachteile des K\u00e4ltemittels CO2 deutlich:
\n– Sehr hohe Verdichtungsendtemperatur bei hohen Gask\u00fchleraustrittstemperaturen
\n– Sehr gute W\u00e4rmer\u00fcckgewinnungsm\u00f6glichkeiten auf hohen Temperaturniveaus und hohen Temperaturspreizungen
\n– Sehr gute Effizienz im subkritischen Betrieb bei niedrigen Verfl\u00fcssigungstemperaturen
\n– Effizienzeinbu\u00dfen im transkritischen Betrieb (bei hohen Gask\u00fchleraustrittstemperaturen)<\/p>\n

Das Betriebsregime ist optimal auf die Verwendung des nat\u00fcrlichen K\u00e4ltemittels CO2 und dessen Eigenschaften im Betrieb einer K\u00e4ltemaschine abgestimmt. Die Hauptbetriebszeit liegt in der \u00dcbergangszeit und im milden Winter. Damit l\u00e4sst sich ein guter COP zur Kaltwassererzeugung realisieren und bei gleichzeitiger Abw\u00e4rmenutzung der Gesamtwirkungsgrad weiter steigern. Besteht eine WRG-Anforderung (\u00dcbergangszeit und Winter), wird die K\u00e4ltemaschine transkritisch betrieben, indem sie k\u00fcnstlich angestaut wird, um m\u00f6glichst viel W\u00e4rme nutzen zu k\u00f6nnen. Sofern dies die Au\u00dfentemperaturen zulassen, wird eine Gask\u00fchleraustrittstemperatur von 20 \u00b0C gek\u00fchlt angestrebt.<\/p>\n

Bei niedrigen Au\u00dfentemperaturen erfolgt zudem eine Umschaltung auf freie K\u00fchlung. Durch die installierte R\u00fcckk\u00fchltechnik entf\u00e4llt die bei CO2-Anlagen sehr effiziente subkritische Betriebsweise weitestgehend. Dabei w\u00e4ren COP-Werte von 6 f\u00fcr die Kaltwassererzeugung ohne weiteres m\u00f6glich. Die niedrigen Verdichtungsendtemperaturen in diesem Moment erm\u00f6glichen dabei nur sehr geringe WRG-Leistung und kommen daher f\u00fcr diesen Fall nicht in Betracht.<\/p>\n

Bei hohen Au\u00dfentemperaturen im Sommer dient die CO2-K\u00e4ltemaschine aufgrund des niedrigen COPs nur zum Ausgleich von Spitzenlasten oder als Redundanz f\u00fcr Bestandsmaschinen. Ein zus\u00e4tzlicher W\u00e4rmebedarf besteht zu dieser Zeit nicht.<\/p>\n

Zusammenfassung:
\nDie Anwendungsszenarien f\u00fcr CO2-Kaltwassers\u00e4tze werden immer gr\u00f6\u00dfer und die Beliebtheit und Anzahl der Anlagen im Markt steigen damit stetig an. Gr\u00fcnde daf\u00fcr sind die hervorragenden Eigenschaften als nat\u00fcrliches A1-K\u00e4ltemittel, der geringe Platzbedarf und die sehr gute Effizienz unter bestimmten Voraussetzungen. Der Einbau einer W\u00e4rmer\u00fcckgewinnung ist bei dieser Anlagentechnik empfehlenswert. F\u00fcr die speziellen Regelungsalgorithmen muss eine Steuerung mittels SPS realisiert werden, da noch keine Standardregler daf\u00fcr erh\u00e4ltlich sind.<\/p>\n

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Dieser Artikel wurde im Gro\u00dfk\u00e4lteheft 2020 der K\u00e4lte Klima Aktuell (KKA) ver\u00f6ffentlicht:\u00a0www.kka-online.info\/artikel\/kka_CO2-Kaltwassersatz_mit_Waermerueckgewinnung<\/a><\/p>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":13,"featured_media":6567,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[15],"tags":[202,200,203,201,204,205],"class_list":["post-6548","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-news","tag-co2","tag-co2-schulung","tag-kaltwassersatz","tag-r744","tag-waeremrueckgewinnung","tag-wrg"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.compact-kaeltetechnik.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6548","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.compact-kaeltetechnik.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.compact-kaeltetechnik.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.compact-kaeltetechnik.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/13"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.compact-kaeltetechnik.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=6548"}],"version-history":[{"count":9,"href":"https:\/\/www.compact-kaeltetechnik.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6548\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":6680,"href":"https:\/\/www.compact-kaeltetechnik.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6548\/revisions\/6680"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.compact-kaeltetechnik.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/6567"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.compact-kaeltetechnik.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=6548"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.compact-kaeltetechnik.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=6548"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.compact-kaeltetechnik.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=6548"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}