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WÄRMERÜCKGEWINNUNG IN DER KÄLTETECHNIK

Bei uns erhalten Sie kältetechnische Anlagen aller Art, die mit Frigen betrieben werden, für Kühlzellen, Kühlräume und Industrieanlagen Ferner können Sie diese Anlagen auch mit Wärmerückgewinnung bekommen, wenn ein entsprechender Wärmeverbraucher vorhanden ist.

Allgemeines über die Wärmerückgewinnung

Wärmerückgewinnung bei Kälteanlagen bedeutet die Nutzbarmachung der Abwärme aus dem Kühlprozess, die sonst am Verflüssiger ungenützt an die Luft oder an das Kühlwasser abgegeben wird. Diese »Wärme aus Kälte« kann unter anderem wie folgt genützt werden:

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Die Planung einer Wärmerückgewinnungseinrichtung beginnt mit der Erfassung des Wärmeangebotes der Kälteanlage (mittleres Wärmeangebot über 24 Stunden) sowie der Analyse des Wärmebedarfs (z. B. Warmwasserverbrauch über 24 Stunden).

Anders als bei der Wärmepumpe, deren primäre Aufgabe die Wärmeabgabe am Verflüssiger ist, wobei die Kälteleistung meist nicht genutzt werden kann und deshalb keine Bedeutung hat, bleibt auch bei einer Kälteanlage mit Wärmerückgewinnung die primäre Aufgabe die Kälteerzeugung mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad.

Beispiel

Kondensationstemperatur t   30 °C 50 °C   Verdichter Blitzer Mod. 2DL-3.2Y
Kältemittel R 507
Sauggastemperatur + 25 °C ohn Flüssigkeitsunterkühlung
Verdampfungstemperatur to   -10 °C -10 °C
Kältemittel     R 507 R 507
Kälteleistung Qo   8,53 kW 5,99 kW
Leistungsaufnahme Pe   2,86 kW 3,46 kW
Wärmeleistung Q Q   11,39 kW 9,45 kW

Stellt man die Leistungsdaten eines Verdichters bei verschiedenen Verflüssigungstemperaturen gegenüber, so erkennt man, dass bei höherer Verflüssigungstemperatur die elektrische Leistungsaufnahme des Antriebsmotors ansteigt, während die Kälteleistung und die Wärmeabgabe abnehmen.

Fazit: Nur wenn die Verflüssigungstemperatur einer Kälteanlage durch Einbau einer Wärmerückgewinnung nicht erhöht wird, kann »kostenlos« Wärme gewonnen werden.

Energiesparen erlangt aus ökonomischer (Energiepreise, Ökosteuer) und ökologischer Sicht (CO2-Emission) eine immer größere Bedeutung. Eine weitere wichtige Voraussetzung für die Errichtung einer Wärmerückgewinnung ist die Beurteilung ihrer Wirtschaftlichkeit. Dafür benötigt man die Kenntnis des durch die Wärmerückgewinnung abzudeckenden Wärmebedarfs und der Heizkosten zur Erzeugung dieser Wärmemenge mittels der sonst verwendeten Heizeinrichtung. Meist genügt es, die Wiedergewinnungszeit (Amortisation) der Investitionskosten zu ermitteln, in dem man die Anschaffungskosten der Anlage durch die jährliche Heizkosteneinsparung dividiert. Genauere Rechnungen berücksichtigen auch Abschreibung und Zinsen.

Abwärmenutzung zur Wassererwärmung

Bei sauggasgekühlten Motorverdichtern beträgt die Wärmeabgabe Q = Qo + Pe. Die Gesamtwärmemenge Q (Kondensationsleistung) wird in der Form abgegeben, dass zuerst das Druckgas enthitzt - und anschließend die Verflüssigung stattfindet – Verflüssigungsleistung Qo.

Für den Kreisprozess ergeben sich folgende spezifische Wärmemengen bezogen auf den Kältemittel-Massenstrom von 1 kg:

 

Verdampfung   qo = h1 - h4   kJ/kg

Kondensation   q = h2 - h3   kJ/kg

Enthitzung   qe = h2 - h2'

Verflüssigung   qo = h2' - h3

 

Sofern die aus der Kälteanlage zu gewinnende Warmwassertemperatur (twa) niedriger ist, als die Verflüssigungstemperatur (t) der Kälteanlage sein soll, kann die gesamte Abwärme der Kälteanlage zu Wassererwärmung genutzt werden (Vollkondensation).

Benötigt man eine Wassertemperatur über der Verflüssigungstemperatur, so beschränkt sich das nutzbare Wärmeangebot auf einen Teil der Enthitzungswärme (Überhitzungsabbau).

Da das Wärmeangebot aus der Kälteanlage und die Nachfrage nach Warmwasser meist nicht zeitgleich erfolgen, ist die Verwendung von Warmwasserspeichern erforderlich. Beim Aufheizen von Warmwasserspeichern findet je nach Ladezustand Vollkondensation, Teilkondensation oder Überhitzungsabbau statt.

Kältemittel to = +5 °C / t = +50 °C to = -10 °C / t = +40 °C to = -30 °C / t = +40 °C
th2 Qe / Q th2 Qe / Q th2 Qe / Q
R 22 ca. 110 °C 0,24 ca. 110 °C 0,22 ca. 120 °C 1 0,22
R 134a ca. 90 °C 0,20 ca. 90 °C 0,19    
R 507     ca. 75 °C 0,20 ca. 90 °C 0,26
1 limitiert durch Zusatzkühlung

Tabelle: Druckgastemperatur (th2) und Enthitzungsleistung (Qe) bei Klimakühlung, Normalkühlung und Tiefkühlung

Qe   Enthitzungsleistung bei Abkühlung des Druckgases von th2 auf 50 °C
        (Normalkühlung, Tiefkühlung) bzw. 55 °C (Klimakühlung)
Q    Gesamtwärmeabgabe (Kondensatorleistung)

Die Angaben in der Tabelle beziehen sich auf 20 K Sauggasüberhitzung,
0 K Flüssigkeitsunterkühlung.

Anmerkung: Um die höchstzulässige Druckgastemperatur 120 °C bei R- 22-Tiefkühlanlagen nicht zu überschreiten, müssen die Zylinderköpfe gekühlt werden. Wird die Zylinderkopfkühlung mittels Zusatzlüftung besorgt, verringert sich das für eine Nutzung zur Verfügung stehende Abwärmeangebot um ca. 10 %.

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