Ziel der Entwicklung
Gegenstand des Projektes war die Entwicklung und Untersuchung einer zweistufigen Kaskadenkälteanlage, die mit natürlichen Kältemitteln betrieben wird, einen Kompressions- und einen Absorptionskältekreislauf koppelt, folglich nieder temperierte Abwärme zur Kälteerzeugung tieferer Temperaturen nutzt, mit neu entwickelten, gelöteten, Ammoniak tauglichen Plattenwärmeübertragern im Hochdruckteil ausgerüstet ist und die zudem in der Lage ist, einen von der Außenlufttemperatur abhängigen gleitenden Mitteldruck zur Verbesserung der Energieeffizienz zu realisieren. Für den thermischen Antrieb der Absorptionsstufe soll entweder Prozessabwärme bei industriellen Anwendungen oder Abwärme aus der Kraft-Wärme-Kopplung beispielsweise aus BHKW genutzt werden. Mit nieder temperierter Abwärme wird Tief- und Normalkälte erzeugt. Der Strombedarf zur Tiefkühl-Erzeugung kann so gegenüber der konventionelle Tiefkälteerzeugung um rund 50 Prozent reduziert werden. Die Entwicklungsaufgaben wurden an einer Versuchsanlage mit 10 Kilowatt Kälteleistung bei minus 30 Grad Celsius bearbeitet.
Vorteile und Lösungen
Die Bearbeitung des Projektes erbrachte eine Vielzahl von Erkenntnissen, die den Aufbau, die Gestaltung sowie die Kopplung von Kompressions- und Absorptionskreisläufen betreffen. Mit dem Projekt wurden und werden die Grundlagen für den Bau neuer Kaskadenkälteanlagen geschaffen, die aus einer Kompressions- und einer Absorptionsstufe bestehen. Abwärme kann genutzt werden, um mit der daraus erzeugten Kälte die Kompressionskälteerzeugung, die Tiefkälte auf tiefem Temperaturniveau zur Verfügung stellt, rückzukühlen. Folge ist eine erhebliche Verbesserung der Kälteleistungszahl der Kompressionskälteerzeugung und damit der Energieeffizienz bei der Bereitstellung von Tiefkälte. Die Reduzierung des Elektroenergiebedarfs der Kompressionsstufe durch Senkung der Kondensationstemperatur ist erheblich und kann run 50 Prozent betragen. Die CO2-Bilanz der Kälteerzeugung wird dadurch erheblich verbessert.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Zielsetzungen des Projektes wurden noch nicht erreicht. Daher läuft gegenwärtig über die Projektlaufzeit hinausgehend die weitere Bearbeitung der Problemstellungen NH3-Verteilung des Kältemittelzweiphasengemisches im Ammoniakverdampfer, Abgleich der Regelungen NH3-Expansionsventil und Leistung des CO2-Verdichters und Gewährleistung eines stabilen Anlagenbetriebes. Die Vorhabensergebnisse können erst verwertet werden, wenn die benannten Probleme der Entwicklung gelöst sind. Zum Bau, zur Vermarktung, Anlagenintegration und Begleitung von Ammoniak-Wasser-Absorptionskälteanlagen sowie Kaskadenkälteanlagen wurden vom ILK mit Ingenieurbüros und Anlagenbauern Zusammenarbeiten gestartet. Die Erkenntnisse aus dem Projekt werden auch in Fach- und Anwenderzeitschriften publiziert. Jedoch sind auch erhöhte Anstrengungen von Komponentenherstellern erforderlich insbesondere im kleinen und mittleren Leistungsbereich. Gegenwärtig hängt der Markt bei den angebotenen Komponenten den Erfordernissen hinterher.