Die Kältemacher

Steigende Energiekosten veranlassen die Unternehmen dazu, sich nach Alternativen zu den konventionellen Methoden der Energienutzung umzuschauen. Die Lebensmittelindustie macht hier keine Ausnahme, was sich nicht zuletzt darin zeigt, dass immer mehr Obst- und Gemüseverarbeiter dazu übergehen, ihre organischen Abfälle in einer Biogasanlage zu verwerten. Die Anlagenbauer sind ihrerseits bestrebt, der Industrie neue Wege zum effizienteren Energieeinsatz aufzuzeigen. So hat Ago gemeinsam mit dem Institut für Luft- und Kältetechnik ILK eine Kälteanlage entwickelt, die für manch einen Lebensmittelhersteller eine energiesparende Alternative zu konventionellen Kälteanlagen darstellen kann. Der Grundgedanke der Ammoniak/Wasser-Absorptionskälteanlage (AKA) besteht darin, dass die für die Kühlung von Lebensmitteln erforderliche Kälte aus Abwärme gewonnen wird.

„Kälte aus Wärme“ bezeichnet recht präzise das Funktionsprinzip von Ammoniak/Wasser-Absorptionskälteanlagen. Während die üblicherweise eingesetzten Kompressionskälteanlagen einen hohen Verbrauch an elektrischer Energie haben, begnügen sich AK-Anlagen mit Abwärme als Antriebsenergie für die Kälteerzeugung. Diese Wärmeenergie steht den Unternehmen der Lebensmittelindustrie meist kostengünstig zur Verfügung, da sie im Produktionsprozess entsteht und in vielen Fällen ungenutzt bleibt.

Das Prinzip der AK-Anlagen ist nicht grundlegend neu – außergewöhnlich ist der Einsatz des Kältemittels Ammoniak. In herkömmlichen Wasser/Lithiumbromid-Absorptionskälteanlagen wird Wasser als Kältemittel verwendet. Allerdings lässt sich damit als niedrigste Temperatur +6 °C erzeugen, was für die Raumklimatisierung natürlich ausreicht, aber nicht für Tiefkühl- und Lagerhäuser, für Kühlprozesse bei der Lebensmittelbearbeitung bzw. -verarbeitung oder für die Erzeugung von spezieller Prozesskälte. Dagegen dringt die Technologie mit Ammoniak/Wasser bis in den Tiefkühlbereich vor. Die AK-Anlagen erreichen im Leistungsbereich von 30 bis 500 kW Temperaturen bis zu –10 °C. In einer Kaskadeninstallation – in Reihe mit einer Kompressionskälteanlage geschaltet – werden Temperaturen bis zu –30 °C erreicht.

Entscheidend ist, dass der Betreiber über mindestens +90 °C heiße Abwärme verfügt, ansonsten können Temperaturen unter 0 °C nicht erreicht werden. Insofern stellt die Ammoniak/Wasser-Absorptionskälteanlage ein Nischenprodukt dar, wobei in der Lebensmittelindustrie durchaus Bedarf für diese Technologie bestehen dürfte. Nach Berechnungen des Instituts für Luft und Klimatechnik ILK benötigen AK-Anlagen bis zu 90 % weniger elektrische Energie als Kompressionskälteanlagen. Mit ihrer beachtlichen Effizienz lassen sich die höheren Anlagenkosten jedoch nach Herstellerangaben schnell kompensieren.

Ammoniak als Kältemittel besitzt hervorragende thermodynamische Eigenschaften. Bei der AKA nimmt das Kältemittel auf der „kalten Seite“ bei der Temperatur TO einen Wärmestrom QO auf und verdampft dabei. Der Kältemitteldampf wird von einer flüssigen Lösung (wässrige Ammoniaklösung) mit einem starken Lösungsvermögen gegenüber dem Kältemittel aufgenommen. Der dabei freigesetzte Wärmestrom QA muss abgeführt werden. Eine Pumpe fördert mit geringem Energieaufwand die inkompressible Lösung mit dem Kältemittel auf das höhere Druckniveau. Durch Wärmezufuhr QG im Generator (Antrieb des Prozesses) tritt das Kältemittel wieder aus der Lösung aus und wird im Kondensator unter Wärmeabgabe QK verflüssigt. Kältemittel- und Lösungskreislauf werden dabei über Entspannungsventile geschlossen. Zur Steigerung der energetischen Effizienz enthält der Lösungskreislauf noch einen Wärmeübertrager.

Wie hoch eine Einsparung tatsächlich ausfällt, hängt von einer Reihe von Parametern ab. So können Betriebe mit einer Kraft-Wärme-Kopplung unter Umständen mehr elektrische Energie ins Netz einspeisen, da sie für die Kälteerzeugung weniger benötigen. Generell steigt das relative Einsparpotenzial mit dem Kältebedarf.

Im Regelfall könnte eine AKA eine bislang eingesetzte Kompressionskälteanlage vollständig ersetzen. Jedoch ist es ratsam, die neue Technologie in erster Linie für den Grundlastbedarf zu dimensionieren, um eine hohe jährliche Betriebslaufzeit zu garantieren. Die alte Anlage kann dann für Leistungsspitzen oder als Redundanz weiterhin betriebsbereit gehalten werden.

Da sich das Ammoniak in einem komplett geschlossenen System bewegt und die Kälte selbst über ein Wasser-Glykol-Gemisch zum Einsatzbereich befördert wird, können AK-Anlagen auch in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden.

Für Planung und Realisierung einer AKA sind für den Betreiber im Normalfall ungefähr sechs Monate zu veranschlagen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Technologie über Contracting zu nutzen. Dabei errichtet und betreibt der Anlagenbauer die Installation in Eigenregie und auf eigene Rechnung – vorzugsweise auf dem Gelände des Auftraggebers. Dieser bezieht dann die Kälteleistung zu fest vereinbarten Konditionen. Der besondere Charme des Contractings für den eigentlichen Nutzer der Anlage liegt darin, sich mit ihrer Errichtung, dem Betrieb und der Wartung nicht befassen zu müssen. Wobei die Wartung den Betreiber ohnehin vor keine großen Herausforderungen stellt: Lediglich die Lösemittelpumpe muss regelmäßig gewartet werden.

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Weitere Informationen zum Produkt

Institut für Luft- und Klimatechnik Dresden