CO2: Alle Praxisbeispiele

Sub- und transkritische Anlagen

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CO2: Alle Praxisbeispiele

Praxisbeispiele CO2-Kälteanlagen

Subkritische Kaskadenanlagen

Kaskaden-Anwendung für Kunsteisbahnen

Typ	Direktverdampfende CO2-Anlage
Anwendung	Kunsteisbahnen
Kältemittel/-träger	CO2
Temperaturbereich	- 14 °C
Leistungsbereich	300 kW TK
Aufbautypen	Entweder direktverdampfende CO2-Anlage ODER Kaskadenanlage mit CO2 als Kälteträger und NH3-Anlage in oberer Stufe
Vorteile gegenüber NH3-Anlagen	Schnellere Regulierung und Anpassung der Eistemperatur; Höhere Verdampfungstemperatur (2 - 3 K); Sehr viel stabilere Temperaturen an Eisoberfläche; Niedrige Pumpleistung & direkte Verdampfung > 25 % geringerer Energiebedarf

Anwendung im Fischkutter MS Kvannøy

Typ	Industrielle CO2/NH3-Kaskadenanlage
Anwendung	Tiefkühlung für Fischkutter
Kältemittel/-träger	NH3, CO2
Temperaturbereich	- 48 °C
Leistungsbereich	1.359 kW TK
Funktionsweise	CO2-Kälteanlage: Kühlung von elf Plattengefrieranlagen und neun Räumen (Meerwassertanks); Absicherung durch „Kalten Finger“ (max. - 25 °C als Stillstandstemperatur); NH3-Kälteanlage: Aufbereitung des gefühlten Meerwassers in separater Anwendung
Herausforderungen im Betrieb	Interaktion von CO2 und NH3-Verdichtern muss beachtet werden (Lastveränderung durch Betrieb des anderen Verdichters); Druckregelung im CO2-Sammelbehälter; Tripelunkt von CO2 führt zu Trockeneisbildung bei niedriger Last > minimale Betriebsleistung der CO2-Verdichter
Vorteile gegenüber R22-Anlagen	Höhere TK-Kapazität durch niedrigere Verdampfungstemperatur (im Vergleich R22: -40 °C); Zufriedenstellende Zuverlässigkeit; Effektives Abtauen der Plattengefrieranlage > Heutzutage auch oft reine CO2-Anlagen

Anwendung im Einzelhandel (Kaskadenanlage)

Typ	CO2/NH3-Kaskadenanlage
Anwendung	Warenlager in warmen Klimazonen
Kältemittel/-träger	NH3(obere Kaskadenstufe); CO2 (Kälteträger)
Temperaturbereich	TK, NK
Leistungsbereich	Mittelgroße Anlagen
Funktionsweise	Zwei gekoppelte Kältekreisläufe: CO2 in TK-Stufe, Ammoniak in NK-Stufe Meist eine zusätzliche Sicherheit durch „Kalten Finger“ als Schutz vor zu hohen Drücken bei Stillstand.
Herausforderungen im Betrieb	Interaktion von CO2 und NH3-Verdichtern muss beachtet werden (Lastveränderung durch Betrieb des anderen Verdichters); Druckregelung im CO2-Sammelbehälter; Tripelunkt von CO2 führt zu Trockeneisbildung (niedrige Last) > minimale Betriebsleistung der CO2-Verdichter
Verwendung	Früher: Einbau von Kaskadenanlagen (subkritischer Betrieb) Heute: in Nord- und Mitteleuropa sind transkritische CO2-Anlagen verbreitet; in warmen Klimaregionen (USA, Asien, Südeuropa) sind im Bestand primär Kaskadenanlagen eingebaut, jedoch geht der Trend zur energieeffizienten transkritischen CO2-Anlage > einstiger CO2-Äquator verschwindet

Anwendung in einer Großküche zur Lebensmittelkühlung (Kaskadenanlage)

Typ	CO2/NH3-Kaskadenanlage
Anwendung	Bio-Großküche in Herdecke
Kältemittel/-träger	Indirekte NH3-Primärkreislaug mit Sole im Sekundärkreislauf; direkte CO2-Anlage mit Kopplung zum Solekreislauf
Temperaturbereich	TK (-35 °C Verdampfung), NK, Klimatisierung
Leistungsbereich	117,9 kW NK; 12,3 kW TK; 50,7 kW Abwärmenutzung für Brauchwasser
Funktionsweise	(1) Indirekte NH3-Anlage als überfluteter Flüssigkeitskühlsatz mit Sole als Kälteträger (2) Kopplung der NK- und TK-Kälteanlage über solegekühlten Plattenwärmeübertrager → subkritischer CO2-Kältekreislauf (3) Nutzung der Kondensationswärme der NK-Anlage für die Brauchwassererwärmung → Effizienzsteigerung
Herausforderungen im Betrieb	Interaktion von CO2 und NH3-Verdichtern (Lastveränderung durch Betrieb des anderen Verdichters); Druckregelung im CO2-Sammelbehälter; Monitoring der Temperatur- und Trendkurven
Vorteile im Betrieb	Hoher COP der Kälteanlage von 3,39 > Steigerung des COP auf 4,29 durch Einbezug der Brauchwasser-erwärmung; Einsparung von 70.000 kWh/Jahr durch hervorragende thermodyn. Eigenschaften der Kältemittel

Propan - CO2 - Kaskadenanlage

Typ	Integriertes Anlagenkonzept
Anwendung	Kälteversorgung für ein gewerbliches Lebensmittel-Großlager (6.500 m2)
Kältemittel/-träger	Propan, CO2
Temperaturbereich	NK und Klimatisierung (Propan), Tieftemperatur (CO2)
Leistungsbereich	660 kW NK; 180 kW Klimatisierung; 220 kW TK
Funktionsweise / R744-Anlage	Direkt verdampfende CO2-Tiefkühlaggregate für Eismaschine (-22 °C) und Tiefkühlung (-30 °C): direkter Kältekreislauf für TK-Anwendungen

Transkritische Anlagen

Transkritische CO2-Anlage mit getrennter NK/TK-Stufe

Typ	Zweistufige Transkritische Kaskadenanlage (getrennte TK/NK)
Anwendung	zentrale leistungsstarke Anlage für kleine Supermärkte, Einzelhandel und Industriekälteanlagen
Temperaturbereich	TK: -35 °C; NK: -10 °C
Leistungsbereich	Mittlerer Leistungsbereich; 120 kW NK und 25 kW TK
Funktionsweise	Aufbau der vorliegenden Anlage mit zwei separaten NK- (Redundanz) und einer TK-Einheit; Druckniveau zwischen 50 - 70 bar TK-Bereich: zweistufige Verdichtung; Einsatz eines Sauggas-Wärmeübertragers; Druckregelung über Differenzdruckventil NK-Bereich: einstufige Verdichtung; Verflüssigung über wassergekühlten Gaskühler (Kühlwasserkreislauf); Redundanz durch zwei Kühlkreisläufe > Im transkritischen Betrieb: zweistufige Entspannung
Besondere Bauteile	Einsatz von Gaskühlern als Verflüssiger des kritischen CO2 im transkritischen Betriebspunkt; Wärmeabfuhr über gemeinsamen Sekundärkreislauf mit Trockenkühler; Sauggaswärmeübertrager im TK-Bereich zum Schutz des Verdichters vor Flüssigkeitsschlägen; Zweistufige Verdichtung aufgrund hoher Drucklagen

Booster-Anlage als Standard-Supermarktanwendung

Typ	Transkritische Boosteranlage
Anwendung	Supermärkte mit TK und NK-Bereich im selben Kreislauf
Temperaturbereich	TK; NK
Leistungsbereich	Mittlerer bis großer Leistungsbereich
Funktionsweise	Integration des NK- und TK- Bereichs in denselben Kältekreislauf für direkte Verbindung von NK-/TK; drei Drucklagen (101 bar, 41 bar und 26 bar) 1. Zwei Verdichtungsstufen (HD- und ND) für jeweilige Anpassung des Druckniveaus an TK- und NK-Bereich 2. Verteilung des Kältemittels aus Zwischendrucksammler durch Regelungsventile auf NK- und TK-Kreislauf
Besondere Bauteile	Konstantdruckventil (Flashgaspassventil) und Saugleitung im NK-Verdichter zur Regelung des Druckniveaus im Kältemittelsammler
Vorteile	Höhere Effizienz im Vergleich zur 404A-Anlage; Wärmerückgewinnung möglich (Regelung der Wärmemenge); Durch Standardisierung: hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit im Betrieb; Verfügbarkeit von Standardbauteilen gegeben

Anwendung in einem Großmarkt in St. Pölten

Typ	Transkritische CO2-Kälteanlage
Anwendung	Großmarkt mit 8.500 m2 Verkaufsfläche
Temperaturbereich	TK; NK; Klima (Abwärmenutzung)
Leistungsbereich	345 kW NK; 93 kW TK
Funktionsweise	Aufbau der Kälteanlage nicht weiter bekannt (Booster- oder Kaskade) > Nutzung von 62 Kühlmöbeln mit doppelter Verglasung > Container-Kühlregale für TK-Bereich Nutzung der Abwärme zur Beheizung der Verkaufsfläche und Warmwasseraufbereitung
Vorteile im Betrieb	Energiebedarfssenkung von 2.700 MW auf 1.000 MW/Jahr; Kombination der Kälteanlage mit PV-Anlage zur Generierung des eigenen Strombedarfs für Kälteanlage; Hohe Effizienz der Kühlmöbel sorgt für niedrigeren Kälteleistungsbedarf

co2_biosupermarkt_900

Typ	Transkritische CO2-Kälteanlage
Anwendung	Kleinmarkt mit ca. 900 m2 Verkaufsfläche
Temperaturbereich	TK; NK; Klima (Abwärmenutzung)
Leistungsbereich	Kleiner Leistungsbereich
Funktionsweise	Aufbau der Kälteanlage nicht weiter bekannt (Booster- oder Kaskade) > Einsatz von Kühlmöbeln für Energieeffizienz > 34 Kühlstellen Nutzung der Abwärme zur Beheizung und Warmwasserbereitstellung von 14 Wohnungen sowie der eigenen Verkaufsfläche im selben Gebäude
Nachteile	Hoher Aufwand durch Umstieg auf Wasserkühlung bei Gemüsekühlregal (ohne Verdampfer, individuelle Lösung); Kühlmöbel nicht auf Betrieb mit CO2 ausgelegt → Nachrüstung mit Verdampfer erforderlich; Umrüstung problemlos; Höhere Investition als für HFKW-Anlage (jedoch Förderung vom BMWK)
Vorteile im Betrieb	Trotz Verdoppelung der Ladenfläche nur 20 % Anstieg an Energiebedarf > Gesamtsystem aus Markt und Wohnungen sorgt für optimale Nutzung der Energie

co2_cadioas_900

Typ	CO2 - Warmwasser - Wärmepumpe
Anwendung	Gebäude mit hohem Warmwasser und Kühlbedarf (z.B. Sportstätten, Hotels, Krankenhäuser, Wohnblöcke)
Temperaturbereich	NK; Klima
Leistungsbereich	Mittlerer Leistungsbereich; 30 kW Wärmeleistung (in diesem Beispiel)
Funktionsweise	Nutzung von Abluft aus den Lüftungsanlagen als Wärmequelle (Luft-Flüssigkeits-Wärmeübertrager an Sekundärkreislauf) Plattenwärmeübertrager als Gaskühler und Verdampfer Hubkolbenverdichter > Erwärmung von Leitungswasser auf 70 °C; Speicherung in Tanks mit 3.000 l Füllmenge
Vorteile im Betrieb	COP von 3,8: 70 % Energieeinsparung im Vergleich zur elektrischen Heizung; Wärme und Kälteerzeugung möglich

co2_Kuldeteknisk_900

Typ	CO2 - Tiefkühlanlage
Anwendung	Fischerboote mit TK-Bedarf
Temperaturbereich	TK
Leistungsbereich	250 kW für täglich 36 Tonnen Fisch
Funktionsweise	Ähnlich wie Boosteranlage: nur mit Umwälzpumpe als Transportantrieb für das Kältemittel (durch die Verdampfer)
Besondere Bauteile	Konstantdruckventil (Flashgaspassventil) und Saugleitung im NK-Verdichter zur Regelung des Druckniveaus im Kältemittelsammler
Vorteile im Betrieb	Schneller, gleichmäßiger Abtauvorgang in den Plattengefrieranlagen; Bessere Produktqualität durch schnelleres Tiefkühlen; Kompakte Bauweise und geringerer Platzbedarf; Niedrigere Verdampfungstemperaturen und Überdruck > höhere TK-Kapazitäten durch den Einsatz von CO2 (30 % höher als mit R22)