HybridChiller

Wie vieles Gute hat aber auch die thermische Kühlung eine Schwäche. Ist keine Abwärme eines BHKW, aus Fernwärme, solar erzeugt, aus Produk­tions­prozessen oder auch von Drucklufterzeugungsanlagen nutzbar, wird der Kühlprozess unterbrochen.

Dieser Umstand führte zu einer Kooperation der SorTech AG, Halle, Hersteller von Ad­sorp­tions­kälteanlagen, und von Riedel Kältetechnik, Geschäftsbereich der Glen Dimplex Deutschland GmbH in Kulmbach. Bei der Zusammenarbeit zeigte sich, dass der „Gleichzeitigkeitsfaktor“ ein entscheidender Vorteil ist, die im Betrieb anfallende Abwärme zu nutzen, um damit Kosten für die Kälteerzeugung zu sparen.

Das Beste aus zwei Welten

Das Resultat der Zusammenarbeit lautet HybridChiller und verbindet die Vorteile zweier Kälteerzeugungswelten: die Effizienz der Adsorption und die Präzision der Kompressionskälte. Wie beide Aggregate in einem Gerät zusammenspielen, erklärt Steffen Kühnert, der sich bei SorTech um die technische Leitung kümmert: „Haben wir konstante Abwärmetemperaturen von optimal 85 °C, möglichst niedrige Umgebungstemperaturen für den Trockenrückkühler und konstante Anforderungen an Kühlenergie, kann der Adsorptionsprozess alleine und stabil arbeiten. Ist aber keine Abwärme verfügbar, der Puffer entladen oder bedürfen große Lastschwankungen schneller Korrekturen der Kaltwassertemperatur, dann schaltet das Kompressionskälteaggregat kontinuierlich zu oder übernimmt die Kälteerzeugung komplett.“

Dahinter steckt ein ausgeklügelter Algorithmus, der auf die bestmögliche Arbeitszahl entsprechend des Kältebedarfs regelt. Anwender und Betreiber bekommen davon nichts mit. Sie profitierten aber von der Möglichkeit des mono- oder bivalenten Betriebs, bis hin zur freien Kühlung direkt über den Trockenrückkühler. Am Ende spart eine jederzeit optimierte Jahresarbeitszahl der hybriden Anwendung Betriebskosten. Zudem können durch die Nutzung von Abwärme zusätzliche CO₂-Minderungspotentiale genutzt werden – für viele gewerbliche oder industrielle Anwendungen ein Imagegewinn.

Der HybridChiller hat eine maximale Kälteleistung von 45 kW (30 kW Kompression + 15 kW Adsorption). Der Auslegungsfall pro Chiller sollte 30 kW aber nicht überschreiten. Arbeitet die Adsorption (monovalent) allein, sind 15 kW erreichbar, wobei die Effizienz im Teillastbereich besonders hoch ist. Der monovalente Kompressionskältebetrieb deckt die zuvor genannten 30 kW Kälteleistung ab. Ein hybrider Einsatz beider Technologien ist für viele Anwendungen eine sinnvolle Kombination. Während z. B. eines heißen Frühsommertages können beim Kältebedarf im Dreischichtbetrieb eines industriellen Prozesses alle Kombinationen durchlaufen werden:

Maßgebend für die ­effiziente Kälteerzeugung und das Schaltspiel der Regelung ist der zu jedem Zeitpunkt geringste Energieverbrauch – es sei denn, der Adsorption steht unplanmäßig keine Abwärme zu Verfügung. Dann kann jederzeit die Kompressionskälteanlage einspringen, eine redundante Absicherung ist immer gegeben.

Lohnender Invest

Trotz vergleichsweise hoher Anfangskosten lohnt sich die Investition oft schon nach kurzer Zeit. Wenn Standort, Abwärmequelle, Laufzeit sowie Anwendungsfall bekannt sind, ist von Anbieterseite eine Amortisationsanalyse möglich.

Mit den aktuellen Fördermöglichkeiten für die Adsorption über BAFA, KfW oder Landesprogramme und vor allem über die erzielbaren Energie­kosten­ein­spa­rungen kann sich die Investition schon in drei bis vier Jahren amortisieren.

Die hohe Effizienz des Systems hat im Juli 2016 das Fraunhofer ISE, Freiburg, bei seinen Messungen bestätigt. Wichtiges Ziel war dabei die Ermittlung der Effizienzkennwerte nach Eurovent. Dabei stellte sich nach Fraunhofer ISE ein ESEER von 19,6 (in Anlehnung an die Eurovent-Richtlinie RS 6/C/003-2015 unter Berücksichtigung der Eurovent-Betriebsanweisung OM-3-2015 wurden für jeden vermessenen Teillastpunkt die EER-Werte berechnet) für das System mit HybridChiller (Kälteleistung bezogen auf die gemessene elektrische Leistungsaufnahme des Gesamtsystems, vermindert durch die nach EN 14511-3:2013 berechneten Pumpenleistung, die für die Überwindung der externen Druckverluste benötigt wäre. Betriebspunkte für die Adsorptionstechnik, 85 °C Heißwassereintrittstemperatu­ren und 19 °C Kaltwassereintrittstemperatur) und Rückkühlwerk ein.