Kälte aus Wärme

Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

In Kombination mit BHKW bietet InvenSor komplette Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungssysteme (KWKK) an. Dabei wird Strom, Wärme und Kälte erzeugt. KWKK-Systeme bestechen vor allem durch ihren hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig langer Laufzeit des integrierten BHKW. Mithilfe eines BHKW können die Unternehmen eigenständig Strom produzieren und sind somit unabhängiger von Stromanbietern. Die Wärme wird in Form von heißem Wasser in Kältemaschine eingeleitet und treibt dort den Adsorptionsprozess an, der die Erzeugung von Kälte ermöglicht.

Unter dem Begriff Adsorptionsprozess versteht man die Anlagerung von Atomen oder Molekülen an Oberflächen von Festkörpern. Im Kälteerzeuger der InvenSor-Kältemaschinen werden an einem der beiden Adsorber Wassermoleküle angelagert, die aus dem benachbarten Verdampfer kommen. Dort wird zur Bereitstellung von Kälte das Kältemittel Wasser bei wenigen Grad Celsius verdampft. Der Adsorber sorgt für den dafür erforderlichen sehr niedrigen Dampfdruck. Der andere der beiden Adsorber wird zeitgleich mit zugeführter Wärme, wie z.B. aus einem BHKW, regeneriert. Um eine quasi kontinuierliche Kühlung zu ermöglichen, werden die beiden Adsorber in zwei Phasen abwechselnd betrieben.

Aus Sicht der Kälteanwendungen verhält sich die Maschine wie ein Kaltwassersatz. Die Kaltwassertemperaturen liegen je nach Spezifikation zwischen 8 und 18 °C. Im Inneren des Kälteerzeugers sind keine aktiv bewegten Komponenten erforderlich. Er muss nicht für Inspektions- oder Wartungszwecke geöffnet werden und wird daher bleibend dicht verschweißt. Durch die „ActiVac“-Technologie ist der Kälteerzeuger wartungsfrei. Dahinter steckt eine von InvenSor entwickelte „Inertgas-Falle“, die den Betriebsdruck im Adsorber optimiert, in dem sie nicht benötigte Gasmoleküle einfängt und ableitet. Durch diesen Vorgang wird im Kälteerzeuger stets der für die Reaktionskinetik optimale Unterdruck sichergestellt. Eine sonst bei Sorptionskältemaschinen notwendige Kontrolle und Optimierung des Betriebsdrucks entfällt (Bild 2).

Neben dem Einsatz zur Kälteerzeugung kann die Kältemaschine auch als Wärmepumpe eingesetzt werden – z.B. zur Heizungsunterstützung eines Gebäudes im Winter. Die Anlage kann von einer übergeordneten Steuerung automatisch zwischen Kälte- und Heizbetrieb umgeschaltet werden, so dass ein automatisierter Betrieb in beiden Zuständen möglich ist.

Bis zu 300 kW Kälteleistung

Inzwischen gibt es von InvenSor vier verschiedene Anlagetypen. Die Produktpalette erstreckt sich von den AdKM, bestehend aus der „LTC“- und „HTC“-Baureihe, über die Rückkühler bis hin zu sorgfältig ausgewählten Systemkomponenten. Dabei sind die Kälteanlagen der „LTC“-Familie für besonders niedrige Antriebs­temperaturen ausgelegt und für den Betrieb mit BHKW optimiert. Die Maschinen der „HTC“-Familie können auch bei hohen Außentemperaturen mit trockenen Rückkühlern eingesetzt werden. Der eigens für die Geräte entwickelte Mikrocontroller erlaubt eine Vielzahl von Konfigurationsmöglichkeiten und Anpassungen an die Anforderungen des Gesamtsystems. Einstellungen, wie z.B. für die Zieltemperaturen des Kaltwassers und des Rücklaufs im Antriebskreislauf, lassen sich über das mehrsprachige, farbige Touchscreen-Display komfortabel einstellen. Die Anlagen verfügen über eine integrierte Hydraulikeinheit aus Hocheffizienzpumpen, Mischern und Ventilen, wodurch sie sofort betriebsbereit sind.

Als perfekte Ergänzung zu diesen Baureihen sorgt der Rückkühler für die notwendige Rückkühlung der zugeführten Antriebsenergie und eine flexible thermische Anbindung an verschiedene Umgebungstemperaturen. Ein Rückkühler macht die Systemintegration und den Betrieb im Verbund mit der „LTC“ oder der „HTC“ besonders einfach. Zu guter Letzt sorgen sorgfältig aufeinander abgestimmte Komponenten für den Erfolg der gesamten Anlage. Aus diesem Grund bietet InvenSor Systemkomponenten aus einer Hand an.

Um einen noch größeren Leistungsbereich mit möglichst hoher Effizienz abzudecken, wurde die „LTC 90 e plus“ auf den Markt gebracht. Mit dieser Anlage ist es dem Unternehmen nun auch möglich, Anwendungsbereiche mit einem Kühl- und Kältebedarf von bis zu 300 kW abzudecken.

Anwendungsbereiche mit hohem Kältebedarf

Die Anwendungsbereiche für AdKM sind vielfältig. Sie eignen sich u.a. für Industrieanlagen, Server-/Schalträume, Kläranlagen und kommunale Einrichtungen.

Die Kühlung von Maschinen und Prozessoren ist in vielen Industriebetrieben ein zentrales Thema. Erzeugnisse müssen abgekühlt werden für Lagerung, Weiterverarbeitung oder Verpackung. Wärmeerzeugende Produktionsschritte erfordern Kühlung, um die Qualität der Ergebnisse und die Funktion der Werkzeuge sicherzustellen. Die Erhitzung von Bauteilen und Betriebsmitteln wie Schmierstoffe und Hydraulik­öl muss kontrolliert werden, um Verformung und Verschleiß zu minimieren. Durch die Kälteanlagen werden die Grundlasten gedeckt und der Stromverbrauch für die Kälteerzeugung ist minimal, was zu einer Reduktion der Betriebskosten führt. Das liegt daran, dass die Kältemaschinen die industrielle Abwärme als Antriebsenergie nutzen und zur Kälteerzeugung kaum Strom benötigen. Dadurch kühlen Sie umweltfreundlich und reduzieren somit auch CO₂-Emissionen.

Dies lässt sich an einem Beispiel genauer erläutern: Bei Spritzgießmaschinen besteht ein ganzjähriger Kältebedarf. Kompressionskältemaschinen haben einen hohen Stromverbrauch und extrem lange Laufzeiten. Die AdKM ermöglichen mit einem Einsatz von BHKW eine ganzjährige Wärmeabnahme mit einem wartungsarmen Betrieb der Kälteanlage und zusätzlichen Einsparungen durch „Free Cooling“, der integrierten Freikühlfunktion. Dementsprechend werden der Gesamtstromverbrauch reduziert und Energiekosten von bis zu 70 % eingespart (Bild 3). Diese Kühllösung wurde u.a. angewandt bei der Firma Busch-Jaeger Elektro GmbH in Bad Berleburg. Dort ist seit September 2016 ein Kälte-Container bestehend aus sieben Adsorptionskältemaschinen zur Kühlung der rund 100 Spritzgießmaschinen in Betrieb. Die geplante Nutzungsdauer wird auf etwa 20 Jahre geschätzt. Die jährliche CO₂-Einsparung liegt bei insgesamt 381 t. Nach 20 Jahren sind das sagenhafte 7.620 t. Ein Konzept mit hohem ökologischen Wert (Bild 4).