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Prozesskälteerzeugung

Ein Mann hockt in einem Supermarkt vor einem Kühlregal und nimmt einen Becher Joghurt aus dem unteren Fach, während ein Einkaufs­korb neben ihm steht.
Im Einzelhandel sind Kühlmöbel große Energieverbraucher. Allerdings gibt es Maßnahmen, durch die Energie eingespart werden kann.

In der Serie „Energiespartipps für Unternehmen“ werden Möglichkeiten zu Energieeffizienz-Einsparungen, interessante Tools und passende Förderangebote vorgestellt. Thema der siebten Ausgabe ist die Prozesskälteerzeugung.

Die Prozesskälteerzeugung ist ein zentraler Bestandteil zahlreicher industrieller und gewerblicher Anwendungen – von der Lebensmittelverarbeitung über die chemische Industrie bis hin zur Gastronomie und dem Einzelhandel. Zwar nimmt die Prozesskälteerzeugung sowohl in der Industrie als auch im Gewerbe in Gänze nur einen geringen Anteil des Endenergieverbrauchs ein, individuell kann das Einsparpotenzial allerdings groß sein.

Die Prozesskälte ist abzugrenzen von der Klimakälte, auf die bereits in der Ausgabe zu Querschnittstechnologien eingegangen wurde. Während bei der Klimakälte die Kühlung von Aufenthaltsräumen im Mittelpunkt steht, geht es bei der Prozesskälteerzeugung beispielsweise um die Kühlung von Lebens- oder Arzneimitteln, von Produktionsräumen und -anlagen oder die Wärmeabfuhr bei Hochtemperaturprozessen.

Kältemaschinen

Zur zentralen Erzeugung von Prozesskälte kommen überwiegend Kompressionskältemaschinen zum Einsatz. Sie funktionieren über die Verdichtung und Entspannung eines Kältemittels. Verdichtet wird über einen mechanischen Verdichter. Gekühlt wird, indem der Kaltwasserkreislauf, der die Abnehmer versorgt, die aufgenommene Wärme an den Kältemittelkreislauf der Kältemaschine abgibt, wobei das Kältemittel verdampft.

Absorptionskältemaschinen nutzen anstatt elektrischer Energie Wärme als antreibende Kraft für den Kältemittelkreislauf. Hierbei wird im Gegensatz zur Kompressionskältemaschine kein mechanischer, sondern ein thermischer Verdichter verwendet. Das verdampfte Kältemittel wird dabei von einem flüssigen Absorptionsmittel aufgenommen. Die Lösung wird im Anschluss bei hohem Druck erhitzt, das Kältemittel verdampft und wird wieder vom Absorptionsmittel getrennt. Als Wärmequelle werden häufig Abwärme aus Produktionsprozessen oder erneuerbare Quellen wie Geo- oder Solarthermie genutzt. Auch in Verbindung mit Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen ergeben sich Einsatzmöglichkeiten. Absorptionskältemaschinen bieten sich besonders dort an, wo viel Abwärme zur Verfügung steht.

Adsorptionskältemaschinen funktionieren ähnlich wie Absorptionskältemaschinen, nur dass das Sorptionsmittel nicht flüssig, sondern fest ist. Das Adsorptionsmittel (z.B. Silikagel) nimmt dem Kältemitteldampf auf und gibt ihn dann unter Wärmezufuhr wieder ab. Danach wird das Kältemittel erneut verflüssigt und kann anschließend wieder Wärme aus dem Kaltwasserkreislauf aufnehmen. Adsorptionskältemaschinen eignen sich vor allem für kleinere Leistungen und Anwendungen mit diskontinuierlichem Kältebedarf.

Maßnahmen zur Effizienzsteigerung von Kältemaschinen

  • Kompressionskältemaschinen sollten einen drehzahlgeregelten Verdichter haben, der die Leistung an den Bedarf anpassen kann. Auch moderne Schrauben- oder Scrollverdichter können die Effizienz steigern.
  • Die Wärmeübertrager sollten regelmäßig gereinigt werden. Die Verwendung von Plattenwärmetauschern kann die Effizienz zusätzlich erhöhen.
  • Bei niedrigen Außentemperaturen besteht die Möglichkeit der freien Kühlung, also der direkten oder indirekten Nutzung der Außenluft oder von Kühlwasser aus natürlichen Quellen.
  • Die Rückgewinnung der Abwärme aus Kondensatoren und des Verdichters, beispielsweise zur Warmwasserbereitung, kann die Effizienz des Gesamtsystems steigern.
  • Rohrleitungen, Armaturen, Verdampfer und Kältespeicher sollten vernünftig gedämmt sein.
  • Grundsätzlich bietet der Einsatz von drehzahlgeregelten Pumpen und Ventilatoren sowie die Anpassung der Volumenströme an den realen Bedarf Einsparpotenzial.
  • Bei Ab- oder Adsorptionskältemaschinen kann die Nutzung von Abwärme die Effizienz enorm steigern.

Kühlmöbel in Gastronomie und Handel

Kühlmöbel sind aus dem Einzelhandel und der Gastronomie nicht wegzudenken. Allerdings zählen sie zu den größten Energieverbrauchern in diesen Bereichen. Durch gezielte technische und organisatorische Maßnahmen lassen sich Einsparpotenziale realisieren:

  • Türen oder Nachtabdeckungen verhindern Kälteverluste
  • Nutzung von LED-Beleuchtung spart Strom und reduziert die Wärmeentwicklung
  • Nutzung von Geräten mit elektronisch geregelten Kompressoren
  • Regelmäßige Wartung und Reinigung verringern Leistungsverluste
  • Nutzung moderner Geräte mit höchster Effizienzklasse
  • Regelmäßige Kontrolle der Dichtungen und Isolierungen
  • Nutzung der Kondensationswärme, zum Beispiel zur Vorerwärmung von Warmwasser
  • Vermeidung zu niedriger Temperaturen – jedes Grad weniger erhöht den Energiebedarf um circa 5 Prozent
  • Schulung des Personals – Bewusstseinsbildung für energieeffiziente Nutzung (zum Beispiel richtige Beladung, Reinigung, Wartung)

Kältemittel: Auswahl und gesetzliche Vorgaben

Kältemittel beeinflussen sowohl die Energieeffizienz als auch die Umweltwirkung von Kälteanlagen. Besonders relevant sind fluorierte Treibhausgase (F-Gase), die ein hohes Treibhauspotenzial besitzen. Die F-Gase-Verordnung der EU verbietet schrittweise den Einsatz von Kältemitteln mit hohem GWP (Global Warming Potential).

Das CO2-Äquivalent gibt an, wie stark ein bestimmtes Treibhausgas im Verhältnis zu Kohlendioxid (CO2) zur globalen Erwärmung beiträgt, wobei CO2 ein GWP von 1 hat. So dürfen seit 2025 bereits keine neu in Verkehr gebrachten Kältemittel mit einem GWP von mehr als 2.500 für die Wartung und Instandhaltung von Anlagen genutzt werden. Ab dem Jahr 2032 dürfen keine neu produzierten Kältemittel mit einem GWP von mehr als 750 in ortsfesten Kälteanlagen eingesetzt werden.

Alternativen sind natürliche Kältemittel wie CO2 (R744, GWP=1), Propan (R290, GWP=3) oder Ammoniak (R717, GWP=0). Hierbei weist Ammoniak eine besonders hohe Effizienz auf. Da CO2 nicht brennbar ist, wird es vor allem in Standardanwendungen eingesetzt.

Fördermittel

Das Förderprogramm „Kälte und Klimaanlagen“ des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) fördert Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz an stationären Kälte- und Klimaanlagen, die mit nicht-halogenierten Kältemitteln betrieben werden. Die Förderhöhe beträgt maximal 200.000 Euro und ist auf 50 Prozent der förderfähigen Ausgaben begrenzt.

Weitere Förderungen für die Prozesskälteerzeugung (z. B. für Kühlmöbel oder Produktionsanlagen) sind möglich über das Modul 4 (Basis- und Premiumförderung) des Förderprogramms Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft vom BAFA.

Beratungsmöglichkeiten

In der Regel ist es hilfreich, sich zu den verschiedenen technischen Möglichkeiten beraten zu lassen. Passende Berater finden Sie beispielsweise auf folgenden Seiten:

Oder vereinbaren Sie einen Termin zur Erstberatung mit dem Effizienz-Experten der IHK.

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