Echte Daten: Effizienzsteigerung in CO2-Anlagen mit Alchemist Unterkühler

Mit diesem Papier möchte MITA Cooling Technologies aktuelle Betriebsdaten einer CO2-Anlage mit transkritischem Kreislauf, in die Alchemist integriert wurde, vorstellen.

Alchemist ist der adiabatische CO2-Unterkühler (MITA-Patent 17194148.7), der von MITA entwickelt und vermarktet wird, ein Produkt, das problemlos hinter den Gaskühler in jedem transkritischen CO2-System, typischerweise in der gewerblichen Kältetechnik, passt.

In der Fallstudie werden die bedeutenden Vorteile des patentierten Alchemist-Unterkühlers in Bezug auf folgende Aspekte dargestellt:

• Reduzierung des Energieverbrauchs,
• Reduzierung des Drucks im Kreislauf.

Merkmale der Pflanze

Ort der Installation (Verkaufsstelle): Provinz Vicenza.

Maximale Auslegungsleistung der TN-Leitung der Verkaufsstelle: 164 kW.

Zentrale Kälteanlage bestehend aus:

• Nr. 4 Dorin-Kompressoren, Modell CD 300 H, von denen einer mit einem Inverter ausgestattet ist,
• Nr. 1 Dorin-Kompressor, Modell CD 300 H, der mit einem Inverter ausgestattet ist und in Parallelverdichtung eingesetzt wird,
• Nr. 1 Unterkühler Alchemist, Modell 4000 SR.

Erfasste Daten

In der heißesten Jahreszeit wurden im Sommer 2022 an sechs Testtagen mit automatischen Erfassungsgeräten von Montag 1 Uhr morgens bis Samstag Mitternacht Daten zum Betrieb der Verkaufsstellen aufgezeichnet.

Alchemist wurde automatisch ein- und ausgeschaltet, um die Unterschiede zwischen den folgenden Messdaten zu beobachten:

• Trockenkugeltemperatur und Außenluft RH, Feuchtkugeltemperatur,
• Kältemittelaustrittstemperatur (vom Alchemist, wenn in Betrieb, sonst vom Gaskühler),
• Betriebsdruck,
• Verdampfungstemperatur,
• Gesamtstromverbrauch der Kälteanlage (einschließlich der Ventilatoren des Gaskühlers und des Alchemisten),
• Wasserverbrauch von Alchemist.

Von diesen Daten wurden abgeleitet:

• die von der Anlage gelieferte Energie,
• die Entwicklung des COP des gesamten Kraftwerks, einschließlich des Verbrauchs des Gaskühlers und der Alchemist-Ventilatoren.

In der untersuchten Woche war es sehr heiß, mit Höchsttemperaturen von 35°C und mehr:

Der Betrieb von Alchemist hat den großen Vorteil, dass die Kältemittelaustrittstemperatur gesenkt wird.

Das nachstehende Diagramm zeigt deutlich den großen Temperaturunterschied zwischen dem Betrieb von Alchemist und dem ausgeschalteten Zustand.

Die Pfeile markieren die Zeiten, in denen Alchemist ein- und ausgeschaltet ist.

In diesem Stadium wurde die Befeuchtung absichtlich immer eingeschaltet gelassen, um die positiven Auswirkungen besser hervorzuheben.

Wir ermittelten den Durchschnitt der Kältemittelaustrittstemperaturen über die sechs Testtage und stellten fest, dass der Betrieb von Alchemist zu einem Rückgang der Kältemittelaustrittstemperatur um 8°C führte.

Bei diesem Szenario erhöht sich also der „Amortisationseffekt“, der Kompressorverbrauch sinkt, weil die Arbeitsdrücke reduziert werden:

Der Druck wird entsprechend der blauen Kurve im unten stehenden Diagramm eingestellt: Jede Ausgangstemperatur entspricht einem optimalen Druck. Je niedriger die Temperatur, desto niedriger ist auch der Druck.

Es ist zu erkennen, dass der Arbeitsdruck immer deutlich niedriger ist, wenn Alchemist in Betrieb ist.

Diese Bedingung ermöglicht es dem System, fast die ganze Zeit im transkritischen Zyklus zu arbeiten (über 73,5 bar), mit Ausnahme eines extrem kurzen Zeitraums (Ende des Tages am Freitag), kurz bevor Alchemist abgeschaltet wird.

Der durchschnittliche „Gewinn“ während der Woche beträgt etwa 6,4 bar, so dass sich die Effizienz des Systems erhöht.

Der wichtigste Aspekt ist der Gesamtstromverbrauch, einschließlich der Ventilatoren des Gaskühlers und Alchemist.

Das nachstehende Diagramm zeigt den starken Anstieg des Verbrauchs, der auf die Arbeit der Kompressoren zurückzuführen ist, wenn Alchemist ausgeschaltet ist.

In drei Tagen betrug die Einsparung mehr als 1.100 kWh oder etwa 27 %, bei einem Wasserverbrauch von 3,8 m3.

Es sei darauf hingewiesen, dass die korrektere Einsparung unter normalen Bedingungen etwa 22 % bei einem Wasserverbrauch von etwa 3,2 m3 betragen könnte, und zwar aus folgenden Gründen:

• die Tage Mittwoch und Donnerstag, an denen Alchemist deaktiviert wurde, waren im Vergleich zu Montag und Dienstag besonders warm,
• Generell könnte es sinnvoll sein, Alchemist bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von über 75% zu deaktivieren.

Abgeleitete Daten

Aus der Kältemittelaustrittstemperatur und dem Arbeitsdruck sowie dem Verdampfungsdruck des Kältemittels (ein weiterer gemessener Datenpunkt) lassen sich mit Hilfe der von Dorin bereitgestellten Polynomformeln auch die Gesamtenergiemenge und der COP-Trend des Systems ableiten:

Bei eingeschaltetem Alchemist liegt der COP immer über 2,2, während er bei ausgeschaltetem Alchemist tagsüber in den heißesten Stunden auf Werte weit unter 2 absinkt:

Alchemist ein: durchschnittlicher COP 2,54 (sehr hoher Wert, wenn man die Durchschnittstemperatur von 30,6°C berücksichtigt).

Alchemist aus: durchschnittlicher COP 1,90 (Durchschnittstemperatur nur zwei Zehntel Grad höher).

Schlussfolgerungen

Der Test, der im besonders heißen Sommer 2022 durchgeführt wurde, zeigt, dass Alchemist eine erhebliche Reduzierung des Stromverbrauchs bei extrem niedrigem Wasserverbrauch ermöglicht.

Alchemist senkt auch den Verbrauch im unterkritischen Zyklus, weshalb sein Einsatz in allen CO2-Anlagen empfohlen wird, egal wo sie installiert sind.