Massgeschneiderte Kältelösung zahlt sich aus
Der Ersatz einer Kälteanlage ist ein komplexes Unterfangen, das sorgfältige Planung und Expertise erfordert.
Kälteerzeugung für renommierte Forschungseinrichtung
Forschungseinrichtungen sind, wie viele andere Anwendungsbereiche auch, auf die zuverlässige Erzeugung von Prozess- und Klimakälte für Gebäude, Anlagen und Projekte angewiesen – unabhängig davon, ob es sich um einen privaten Campus in der Pharma- und Chemieindustrie handelt oder um ein Hoch- bzw. ein Fachhochschulareal. Gleichzeitig fordern die meisten internen Nachhaltigkeitsrichtlinien, dass Infrastrukturanlagen energieeffizient mit erneuerbaren Energien betrieben werden. Viele Forschungskomplexe betreiben daher ein eigenes Kältenetz, das die verschiedenen Anlagen und Projekte flexibel mit Kälte versorgt. Ein nachhaltiges und sicheres Konzept für die Kälteerzeugung sieht jedoch nicht «nur» die Kälte vor. Vielmehr kann eine zeitgemässe Kältemaschine auch die (Ab-)Wärme so aufbereiten, dass sie im Wärmenetz für die verschiedenen Gebäude auf dem Campus genutzt werden kann.
Hohe Ansprüche an eine effiziente und flexible Leistungssteuerung
Eine solche nachhaltige und sichere Kältelösung evaluierte auch eine weltweit vernetzte Forschungsinstitution in der Deutschschweiz, nachdem die bestehenden Kälteerzeuger das Ende der Lebensdauer erreicht hatten. Für den Ersatz der Prozesskältemaschine für das Kältenetz suchten die Infrastrukturverantwortlichen zunächst einen Lieferanten für einen kostengünstigen, aussenaufgestellten Standard-Kälteerzeuger. Die CTA schlug in der Offerte neben der Standardlösung auch eine Unternehmervariante mit einer individuell gefertigten, massgeschneiderten Kältelösung vor. Die energetisch optimierte Kaltwassermaschine ermöglicht jährliche Energieeinsparungen von bis zu 25 Prozent und erfüllt die von den CTA-Fachleuten erkannten Bedürfnisse der Forschungsinstitution optimal.
Die 26 Tonnen schwere Kältemaschine wurde so konstruiert, dass sie in drei Teilen transportiert und vor Ort zusammengebaut werden konnte.
Anspruchsvolle Steuerung der feingliedrigen Betriebspunkte
Der Clou der Unternehmervariante ist, dass die Regulierung der Kältemaschine mehrere Betriebspunkte mit den jeweiligen Sollwertvorgaben für Klima- und Prozesskälte unterstützt. Dazu werden Winter und Sommerbetrieb sowie die bedarfsabhängige Abwärmenutzung berücksichtigt. Von Schwachlast im Winter bis hin zur Volllast im Sommer können insgesamt 17 Betriebspunkte individuell angesteuert werden. Mit dieser Leistungsregulierung lassen sich Kältebedarf und Kälteerzeugung exakt aufeinander abstimmen.
Die eingesetzte Kältemaschine
Die robuste Kältemaschine der CTA versorgt das Kältenetz je nach Betriebsart (Klima- oder Prozesskälte) mit 16 °C oder 24 °C Kaltwasser. Der Kälteerzeuger verfügt über drei grosse Schraubenverdichter mit je 500 kW Kälteleistung. Jeder Verdichter kann mittels Frequenzumrichter stufenlos zwischen 50 und 100 Prozent geregelt werden, was wiederum eine ideale Abstimmung von Kältebedarf und Kälteerzeugung ermöglicht. Für weitere Effizienzgewinne rüstete das Engineering-Team der CTA jeden der drei Kältekreisläufe nach dem Verflüssiger mit einem Unterkühler aus. Dieser kühlt mit dem Rücklauf des Warmwassernetzes das Kältemittel weiter ab und erhöht so die Energieeffizienz. Während des Betriebs mit Wärmenutzung wird bewusst mit einer grossen Temperaturspreizung (44/64 °C) gefahren, um so eine hohe Unterkühlung zu ermöglichen.
Die eingesetzte reversible Kältemaschine
Hervorragender COP-Wert von 4.67 im Abwärmenutzungsbetrieb
17 Betriebspunkte
Drei drehzahlregulierte Schraubenverdichter
Vorfabrizierte und separat angelieferte Teile (Kälte- Hydraulik- und Rückkühlerteil)
Massanfertigung CTAexklusiv
Wärmepumpenbetrieb mit Grundwasser
Über das Jahr betrachtet kann die Kältemaschine 90 Prozent der anfallenden Wärme ins Nahwärmenetz einspeisen. Dabei kann sie bis zu 64 °C warmes Wasser liefern. Nur gerade im Hochsommer muss ein Teil der Wärme über den Rückkühler abgeführt werden. Im Winter kann es vorkommen, dass nur wenig Prozesskälte benötigt wird, gleichzeitig aber ein grosser Wärmebedarf fürs Heizen besteht. In solchen Fällen wird die Kältemaschine in den «Wärmepumpenbetrieb» geschaltet. Sie entzieht nun dem Grundwasser oder der Luft Wärme und speist die Energie ins Nahwärmenetz ein.
Rasche Amortisation
Obwohl die Unternehmerlösung der CTA rund 40 Prozent höhere Investitionskosten als die Standardlösung aufweist, rechnet sich dies langfristig. Denn über die gesamte Lebensdauer von 15 bis 20 Jahren ist die Unternehmerlösung, ganz abgesehen vom zusätzlichen Nutzen, dank tieferer Energiekosten oft deutlich wirtschaftlicher. Im Idealfall amortisieren sich so die Mehrkosten für die Investitionen in der Regel bereits nach der Hälfte der Lebensdauer. Ein weiteres Argument für die massgeschneiderte CTA-Maschine war die Grösse der Kälteerzeugung. Die ganze Kältemaschine ist stolze 13 Meter lang, 5,5 Meter hoch und 26 Tonnen schwer. Um die Anlage mit vernünftigem Aufwand von Münsingen zum Kunden zu transportieren, wurde sie so konstruiert, dass sie in drei Teilen – Kälteerzeuger, Wärmerückgewinnung und Rückkühler – transportiert und vor Ort reibungslos zusammengebaut werden konnte.
Tiefere Energiekosten
Über die gesamte Lebensdauer von 15 bis 20 Jahren ist die Unternehmerlösung - abgesehen vom zusätzlichen Nutzen - dank tieferer Energiekosten oft deutlich wirtschaftlicher.
In guten Händen
Damit der nächste Ersatz noch in ferner Zukunft liegt, dafür sorgen die Servicetechnikerinnen und -techniker der CTA. Sie warten die Anlagen in regelmässigen Abständen und fördern damit einen störungsfreien und langjährigen Betrieb. Ihren Kunden bietet die CTA ein vielfältiges Service-Paket an: Von der Regie- über die Pauschalwartung bis hin zum Rundum-Sorglospaket CTAprotect mit bis zu 15 Jahren Garantieverlängerung wählen die Kunden das, was ihnen am meisten dient.
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