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HOCHSCHULE BIBERACH BIBERACH UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES St diengang Gebä deklimatik 5. Netzwerktreffen, Studiengang Gebäudeklimatik 18. November 2009, Hamburg Energieeinsparung bei Kälteanlagen durch verbesserte Regelung und optimierte Betriebsführung Prof Dr Ing Martin Becker Prof. Dr.-Ing. Martin Becker Hochschule Biberach Fachbereich Architektur&Gebäudeklimatik Studienfeld Gebäudeklimatik und Energiesysteme Institut für Gebäude- und Energiesysteme (IGE) Fachgebiet MSR-Technik und Gebäudeautomation Energieeffizienz allgemein und in der Gebäudetechnik • Energieeffizienz in der Kälte- und Klimatechnik Stellenwert Automatisierung und optimierte Betriebsführung Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 1 Studienfeld Energie&Klima Hochschule Biberach Stellenwert Automatisierung und optimierte Betriebsführung • Beispiele

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HOCHSCHULE BIBERACHBIBERACH UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES

St diengang Gebä deklimatik

5. Netzwerktreffen,

Studiengang Gebäudeklimatik

18. November 2009, Hamburg

Energieeinsparung bei Kälteanlagen durch verbesserte Regelung und optimierte Betriebsführung

Prof Dr Ing Martin BeckerProf. Dr.-Ing. Martin BeckerHochschule Biberach

Fachbereich Architektur&GebäudeklimatikStudienfeld Gebäudeklimatik und EnergiesystemeInstitut für Gebäude- und Energiesysteme (IGE)

Fachgebiet MSR-Technik und Gebäudeautomation• Energieeffizienz allgemein und in der Gebäudetechnik• Energieeffizienz in der Kälte- und Klimatechnik• Stellenwert Automatisierung und optimierte Betriebsführung

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 1

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

Stellenwert Automatisierung und optimierte Betriebsführung• Beispiele

Zur Person

Studium der Elektrotechnik, Universität Kaiserslautern

Promotion auf dem Gebiet der Automatisierung kältetechnischer Anlagen

bi 1999 T h i h L it b G häft füh d T f t ll fü A t ti i bis 1999 Technischer Leiter bzw. Geschäftsführer der Transferstelle für Automatisierungs-

und Informationssysteme in der Kältetechnik (TASK), Kaiserslautern

Freier Berater mit eigenem Ingenieurbüro

Sachverständiger für MSR-Technik und Gebäudeautomation

Leitung und Durchführung von Seminaren und Schulungen

it 1999 P f d H h h l Bib h seit 1999 Professur an der Hochschule Biberach,

Fakultät Architektur&Gebäudeklimatik, Studiengang Gebäudetechnik/Gebäudeklimatik

Lehre: MSR-Technik und Gebäudeautomation,

Bus- und Kommunikationssysteme, Labor für Gebäudeautomation

Projekte/Forschung: Gewerkeübergreifende Raum- und Gebäudeautomation,

Automatisierung in der KältetechnikAutomatisierung in der Kältetechnik

Dezentrale und regenerative Energiesysteme (insb. Fotovoltaik)

Nachhaltige Energie- und Gebäudetechnik

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 2

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

Gebäude- und Energiemanagement, Informationsmanagement

Rückblick

aus: Ki Luft- und Kältetechnik 8/1998aus: Ki Luft und Kältetechnik 8/1998

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 3

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

aus: DKV-Tagungsbericht 1997

Strategien zur Erhöhung der Energieproduktivität

Erhöhung der Energieproduktivität durch Kombination und gegenseitigedurch Kombination und gegenseitigeAbstimmung der Maßnahmen:

1. Energieeinsparen

-> Negawatt-Strategie, Suffizienz-Strategie

2. Energie gezielt und optimiert nutzen

-> Energieeffektivität und Energieeffizienz-Strategie> Energieeffektivität und Energieeffizienz Strategie

3. Verstärkt erneuerbare Energien einsetzen

S b tit ti P i i-> Substitutions-Prinzip

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„Energieeffizienz von Gebäuden und Anlagen“

Effizienz (nach Duden)( )

1. Wirksamkeit, Wirkkraft

2. = Efficiency

Effizient

1. Besonders wirtschaftlich, leistungsfähig

2. Wirksamkeit habend

Effektiv:

a) tatsächlich, wirklich

b) i k ll (i V hält i d f d t Mitt l )b) wirkungsvoll (im Verhältnis zu den aufgewendeten Mitteln)

c) lohnend

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 5

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„Energieeffizienz von Gebäuden und Anlagen“

Effizient heißt …

die Dinge richtig zu tunAnlagen möglichst optimal betreibendie Dinge richtig zu tun

A l ö li h t

p

Effektiv heißt …

die richtigen Dinge zu tun

Anlagen möglichst optimal planen und bauend e c t ge ge u tu bauen

Fazit -> Erst auf Effektivität, dann auf Effizienz achten!

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 6

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Stufen der Energieeffektivität und -effizienz

1. Stufe: Energieeinsparen

• Nutzerverhalten optimieren (gezielte Fensterlüftung, Licht aus, Türen schließen…)• Anreizsysteme schaffen (z.B. für Hausmeister, Schüler, Personal)• „aktives“ Energiemanagement (z.B. Schulung des Personals und der Nutzer)„ g g ( g )• Negawatt-Strategie, Einsparkraftwerk, Least Cost Planning (LCP)• …

2. Stufe: Energieeffiziente Geräte, Komponenten und Anlagentechnik

E i ffi i P V il M L h• Energieeffiziente Pumpen, Ventilatoren, Motoren, Leuchten, … • Reduzierung von Stand By-Verlusten (Netztrennung, hochwerte Trafos, …)• Energieeffiziente Anlagen- und Gebäudetechnik (solare Kühlung, Geothermie,g g ( g, ,kontrollierte natürliche Lüftung, dezentrale Lüftung/Kühlung, aktive Fassaden, …)

• …

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Stufen der Energieeffektivität und -effizienz

3. Stufe: Gezielter Einsatz von und Mehrwert durch Automatisierungstechnik

• Nutzungsprofile und Teillastverhalten von Anlagen berücksichtigen • Ressourcenoptimierung durch Anlagenoptimierung p g g p g(Kälte, Wärme, Beleuchtung, Elektro, Wasser/Abwasser …)

• Ganzheitliche Gesamtautomatisierung anlagen- und gewerkeübergreifendOptimierung bei Betriebsführung und durch Anlagenmanagement unter• Optimierung bei Betriebsführung und durch Anlagenmanagement unter Einsatz zeitgemäßer Technologien (Mess-, Steuer-, Regeltechnik, Gebäudesystemtechnik, Gebäudeautomation, Bussysteme, IuK-Technik, Intranet/Internet)

• Informationsmanagement (z.B. Automatische Darstellung und Auswertung von COP Arbeitszahlen Energiesignatur Energiekenngrößen)COP, Arbeitszahlen, Energiesignatur, Energiekenngrößen)

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 8

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Energieeffizienz in der Gebäude- und Energietechnik

Einspar-potential in %

Bereich Maßnahmen z.B. Amortisation in Jahren

5-20Nutzerverhalten, Energiesparen„aktives“ Energiemanagement

HLK Kält B l ht

Betrieb 0-5

10-60HLK, Kälte, Beleuchtung

Regelung, Motoren, Antriebe,Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

Anlagentechnik 2-10

> 50Dämmung, Fenster, Wärmebrücken, Bauphysik

Gebäude-hülle 10 - 60

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Ergebnisse der TEWI-Studie FKT 96/03

[Quelle: Aktuelle TEWI-Betrachtung von Kälteanlagen mit HFKW- und PFKW-Kältemitteln unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Rahmenbedingungen für verschiedene Anwendungsgebiete, Studie FKT 96/2003]

Verteilung:• direkter Anteil (Kältemittel): 11%• indirekter Anteil: 89 %

… Die Ergebnisse führen zu der Hauptaussage der Studie, wonach das hauptsächliche Potenzial zur Entlastung der Umwelt bei der technischen Erzeugung von Kälte beimindirekten TEWI-Anteil liegt.Erschließen lässt sich dieser Anteil durch bessere Anpassung der technisch umgesetzten Kälteprozesse an die theoretisch optimale Prozeßführung, Reduzierung des Kältebedarfs Wahl möglichst hoher Nutztemperaturen und

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 10

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Reduzierung des Kältebedarfs, Wahl möglichst hoher Nutztemperaturen und verbesserte Wirkungsgrade bei der Energiebereitstellung

Ergebnisse DKV-Statusbericht Nr. 22

Quelle: Energiebedarf bei der technischen Erzeugung von Kälte in der Bundesrepublik Deutschland, Statusbericht Nr.22 des Deutschen Kälte- und Klimatechnischen Vereins (DKV), Juni 2002

… Der Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt ist nicht ausschließlich auf neuartige Systeme und Komponenten, sondern die Verbesserung und Weiterentwicklung bisheriger Ausrüstungen zu legen.g g… Eine gesamtheitliche energetische Betrachtung und Bewertung der Kältemaschinen und der Arbeitsstoffe (Kältemittel) auf der einen Seite und andererseits der Gesamtsysteme,auf der einen Seite und andererseits der Gesamtsysteme, bestehend aus Kälteerzeuger und Nutzsystem, in deren Optimierung ein wesentliches Energieeinsparpotenzial liegt, sollte Grundlage der Auswahl dieser Schwerpunkte seinsollte Grundlage der Auswahl dieser Schwerpunkte sein

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Stellenwert der Automatisierungstechnikg

für energieeffiziente Kälteanlageng g

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Voraussetzung : Optimiertes Zusammenspiel von Anlagentechnik und Betriebsführungsstrategien

Betriebs- Automatisierungbedingungen

gkältetechnische Anlage

bestimmt durch Art und Umfangder Betriebsführung

bestimmt durch Planung,Auslegung

Aggregate, Dimensionierung

Ausführung

gg gKältemittel Anlagenauslegung

g

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Voraussetzung: Betrachtung des Kältetechnischen Gesamtsystems und passender Gesamtautomatisierung

A t ti i tAutomatisierungssystem

Kälteanlage Kälteverteilung KälteanwendungKältenutzung

Kältetechnisches Gesamtsystem

Umgebung

EnergiestromStoffstromInformationsstrom

Kälteerzeugung“Kälteerzeugung“ Kälteverteilung“Kälteverteilung“ Kältenutzen“Kältenutzen“

aus: L. Litz, M. Becker, Modellierung und dynamische Simulation kältetechnischer Anlagen, VDI-Bericht 1282, VDI-Verlag, 1996, S. 183-194.

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„Kälteerzeugung„Kälteerzeugung „Kälteverteilung„Kälteverteilung „Kältenutzen„Kältenutzen

Wozu Automatisierung?

• Bereitstellung einer guten (Raum-)Luftqualität -> Erreichen und Einhalten von Optimierungszielen im laufenden Betrieb

wie z.B.: g g ( )(Einhaltung bestimmter Temperatur- und Feuchtebereiche)

• Minimaler Energieeinsatz und Energieeffizienz• Hohe Anlagenverfügbarkeit• Hohe Anlagenverfügbarkeit• Hohe Anlagensicherheit• Geringe Service- und Wartungskosten• Reduzierung der Umweltbelastung• Erhöhung der Nutzungs-Flexibilität• Entlastung des Menschen von RoutinearbeitEntlastung des Menschen von Routinearbeit• …

->Achtung: Ziele zum Teil gegenläufig -> Kompormiss erforderlich!

Möglichst optimal (technisch/wirtschaftlich) auslegte Anlagentechnik

-> Basis:

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g p ( ) g gsowie auf Nutzung angepasste Systemtechnik (Anlage + Automation) !

Voraussetzung: Aus Nutzung heraus denken und planen

Ziel: Optimales Zusammenspiel von „Energiesenke“ (Nutzung), Energieverteilung und „Energieerzeugung“

Fragen, die früh in der Planungsphase beantwortet müssen:Wie optimales Zusammenspiel im Betrieb gewährleisten hinsichtlich:• Zuverlässigkeit• Zuverlässigkeit• Nutzbarkeit• Angebot/Nachfrage• Verfügbarkeit• Energieeffizienz• Wirtschaftlichkeit• Qualität

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Quelle: VDI 2067, Blatt 21: Wirtschaftlichkeit gebäudetechnischer AnlagenEnergieaufwand der Nutzenübergabe, Raumlufttechnik

Voraussetzung: Lebenszyklusbetrachtung etablieren

Planungs- undBauphase

BetriebsphasepEntsorgungsphase

u.a. Energiekosten

Ausführungund

InbetriebnahmeBauplanung Betrieb Stilllegung,

Abriß Entsorgung

Optimierung,N h ü t

Zeit t

Nachrüstung,Sanierung

Zeit t

15 - 80 JahreKosten

20% 80%

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 19

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Beispiel: Anwendung Kältetechnik im Krankenhaus

• Klimatisierung/Kühlung für allg. Gebäudetechnik (Büroräume, Patientenräume, Cafeteria, Küchen, …)( , , , , )

• Klimatisierung/Kühlung von OP-Räumen• Klimatisierung/Kühlung von Rechnerräumen, EDV-Zentrum

Kühlung von Lebensmitteln• Kühlung von Lebensmitteln (Gewerbekälte, Kühlräume (TK, NK), Kühlschränke, …)

• Kühlung im Laborbereich (Medizinische Geräte, Arzneimittel, Blutkonserven, Kryotechnik, …)

• …

-> Frage an Betreiber:Wie hoch ist der Anteil des Kälteverbrauchs absolut bzw. bezogen auf gesamten Energieverbrauch in Ihrem Krankenhaus?g g

Wo liegen die Energieeinsparpotenziale und wie hoch schätzen Sie diese Potenziale in Ihrem Krankenhaus ein?

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 20

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Voraussetzung : Einbindung der Anlagen in übergeordnete, gewerkeübergreifende Gebäudeautomation für optimierte Betriebsführung

Lüftung / KlimaWärme

Kälte

HeizungNotstrom + -

SanitärAufzug

SystemintegrationSystemautomation

Informationsmanagement

BeleuchtungSicherheit/Zugangskontrolle

Informationsmanagement

ElektroBrandschutz

Sonnenschutz

Zugangskontrolle

ElektroKommunikation

-> Integration der Anlagentechniken zum Übertragen aller relevanten P ßi f ti üb ff B d K ik ti t i B

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 21

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Prozeßinformationen über offene Bus- und Kommunikationssysteme wie z.B. EIB, DALI, LON, Modbus, BACnet, …

Der Regelkreis des nachhaltigen, energieeffizienten Gebäudebetriebs

Transparenz und Effizienz durch Einsatz von G bä d t ti

Gebäudehülle/Fassadentechnik Anlagen-

technik

OptimierungGebäudeautomationtechnik

MonitoringNutzung/ gNutzung/Nutzungsprofil • Wärme

• Kälte• Klima/Lüftung• Klima/Lüftung• Elektro• Wasser/Abwasser• Nutzung(-sprofile)

Controlling

Nutzung( sprofile)

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 22

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g/ Diagnose

Heterogene, offene Gebäudeautomatisierungsstruktur

IP-Router

Energie-management Leittechnik

z.B. Ethernet

Z.B. Kälteanlage z B LON

Gateway

z B EIB System xyxy

SPSAS(DDC)

RouterDB

gHLK-Anlage

z.B. LON z.B. EIB y yy

AS: Automation StationZ B Licht und

Z.B. Lastmanagement Z.B. Fahrstuhlsteuerung

DDC: Direct Digital ControlSPS: Speicherprogr. SteuerungLON: Local Operating NetworkEIB: Europäischer Installationsbus

Z.B. Licht- und JalousiensteuerungEinzelraumregelung

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 23

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Mehrwert durch Einbindung in Gebäudeautomation

Beispiel:Einbindung einer umschaltbaren Wärmepumpe/ Kältemaschine in die Gebäudeautomation alsGebäudeautomation alsBasis für:- Überwachung- Optimierung

Vi li i- Visualisierung- Archivierung- Historie- TrendsTrends- Störmanagement- Wartungsmanagement- …

Quelle: Hochschule Biberach

Fernzugriff über Web-Browser jederzeit und weltweit möglich

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 24

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Quelle: Hochschule Biberach,Labor für Gebäudeautomation

weltweit möglich

Mehrwert durch Einbindung in Gebäudeautomation

Auswertung, Darstellung Auswertung, Darstellung und Detailbetrachtung vonund Detailbetrachtung vonggMessdaten ermöglichen Messdaten ermöglichen dynamisches dynamisches EnergiemanagementEnergiemanagement

d ti i td ti i tund optimierten und optimierten AnlagenbetriebAnlagenbetrieb

Quelle: Hochschule Biberach,Labor für Gebäudeautomation

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 25

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

Labor für Gebäudeautomation

Wie hoch ist das Einsparpotenzial durch Automatisierung?

Wie kann es erschlossen werden?

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 26

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

Energieeffizienz in der Gebäude- und Energietechnik

Einspar-potential in %

Bereich Maßnahmen z.B. Amortisation in Jahren

5-20Nutzerverhalten, Energiesparen„aktives“ Energiemanagement

HLK Kält B l ht

Betrieb 0-5

10-60HLK, Kälte, Beleuchtung

Regelung, Motoren, Antriebe,Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

Anlagentechnik 2-10

> 50Dämmung, Fenster, Wärmebrücken, Bauphysik

Gebäude-hülle 10 - 60

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 27

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

Wichtige Einflussgrößen auf Energieeffizienz von Kälteanlagen

• Anlagendichtheit gegen Kältemittelverlust• Verschmutzung an Verflüssigern• Zu hohe Verflüssigungstemperaturen• Verschmutzung / Vereisung von Verdampfern• Schlecht bzw. unvollständig abgetaute Verdampfer• Zu tiefe Verdampfungstemperaturen• Falsche Einstellung von Expansionsventilen• Unter-/Überdimensionierung der Komponenten (Verdichter, Pumpen, Ventilatoren ..)g p ( , p , )• Ineffiziente/veraltete Komponenten (Verdichter, Pumpen, Ventilatoren ..)• Falsche Einstellung der Sollwerte• Einfache bzw veraltete Steuer-/RegelungskonzepteEinfache bzw. veraltete Steuer-/Regelungskonzepte• Optimierung für Teillastbetrieb (Bedarfsgeführt, Abschalten außerhalb Nutzungszeit)• Kühlmöbel: Überfüllung, keine Abdeckung, Beleuchtung, …• Kühlraum/Kühlzelle: offene/undichte Türen zu häufiges Öffnen• Kühlraum/Kühlzelle: offene/undichte Türen, zu häufiges Öffnen, • Keine Transparenz, da häufig keine Anbindung an Gebäudeautomation bzw. Gebäudemanagement

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 28

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

Wichtige Einflussgrößen auf Energieeffizienz von Kälteanlagen

• Anlagendichtheit gegen Kältemittelverlust• Verschmutzung an Verflüssigern• Zu hohe Verflüssigungstemperaturen• Verschmutzung / Vereisung von Verdampfern• Schlecht bzw. unvollständig abgetaute Verdampfer• Zu tiefe Verdampfungstemperaturen• Falsche Einstellung von Expansionsventilen• Unter-/Überdimensionierung der Komponenten (Verdichter, Pumpen, Ventilatoren ..)g p ( , p , )• Ineffiziente/veraltete Komponenten (Verdichter, Pumpen, Ventilatoren ..)• Falsche Einstellung der Sollwerte• Einfache bzw veraltete Steuer-/RegelungskonzepteEinfache bzw. veraltete Steuer-/Regelungskonzepte• Optimierung für Teillastbetrieb (Bedarfsgeführt, Abschalten außerhalb Nutzungszeit)• Kühlmöbel: Überfüllung, keine Abdeckung, Beleuchtung, …• Kühlraum/Kühlzelle: offene/undichte Türen zu häufiges Öffnen• Kühlraum/Kühlzelle: offene/undichte Türen, zu häufiges Öffnen, • Keine Transparenz, da häufig keine Anbindung an Gebäudeautomation bzw. Gebäudemanagement

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 29

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

Wichtig: Dynamisches, gekoppeltes Systemverhalten berücksichtigen !

Beispiel: Einfacher Kaltdampf-Kompressions-Kältemaschinenprozess

cQUmgebung TU, U

cQQ

Kondensator

23

Tc pc Q·c

Umgebung TU

Expansions-ventil

Kondensator

Kompressor M Pel

Tc, pc„Aufwand“

KMPKM

QcTc

ToVerdampfer

14

To, p0 Q· oo

Kühlraum TKR

KühlprozeßTKR, KR

„Nutzen“ oQEnergetische Bewertung:

Zustandsänderungen:1->2: Verdichtung2->3: Abkühlung und Verflüssigung

Kühlprozeß

0C

0

el

0KM TT

TPQCOP

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 30

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g g g3->4: Drosselung (Expansion)4->1: Verdampfung und Überhitzung

(COP = Coefficient of Performance)

Beispiel: Gekoppelte Regelungskreise bei einfacher Kompakt-Kälteanlage

Verflüssigerregelungp0

Kondensator

Verdichtersteuerung/-regelungExpansionsventil-

R l

EVKompressor

t0h

Regelung(Überhitzungsregelung)

Verdampfer

p0Verdampferregelung 0

TCSR

T t

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 31

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Temperatur-steuerung/-regelung

Feedback-Strukur einer einstufigen Kompressionskältemaschine

Lüfter

Stellgrößen

UC

T

Kondensator

CUF_CU

EV

T V

T

p T

m

Verdampfer

KompressorTEV/EEVU

F_E

ZielgrößenT

pp

xm

m

Lüfter

pgTCSR

CSR

T Vpm

Kühlraum / LuftT

StörgrößenKühlgut

TT

Wand / TürUmgebung

T

TAus: Diehl, A.; Becker, M.: Ein dezentrales modulares Konzept zur Automatisierung kälte-technischer

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 32

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

, ; , p gAnlagen. VDI-Bericht 1397 zum GMA-Kongreß ’98 Meß- und Automati-sierungstechnik, VDI-Verlag,Düsseldorf 1998, S. 395-402.

Beispiel: Energieeinsparpotenzial durch höherwertige Regelung

Selbstoptimierender Regler („Knowledge Inside“):• Adaptives Regelungskonzept (keine Vorgabe von Reglerparametern erforderlich)• Bedarfsabtauung zum energetisch sinnvollen Zeitpunkt• Bedarfsabtauung zum energetisch sinnvollen Zeitpunkt• Lüftermanagement (Reduzierung der Verdichterlaufzeit)• Verbesserte Kühlgutqualität (verbesserter Temperatur-/Feuchte-Haushalt)• Anlagendiagnose integriertAnlagendiagnose integriert• Selektive Stör- und Alarmmeldungen

Ergebnis:• Bessere Kühlgutqualität• EnergiekosteneinsparungEnergiekosteneinsparung• Hohe Anlagenverfügbarkeit• Transparenz des Kälteprozesses• Integriertes Stör- und Alarmmanagementg g

Foto: cool expert

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 33

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Nutzen des Sublimations- EffektesEuropapatent 0328152

Ein / Aus KälteanforderungEin / Aus Kühler Fan

tR,Soll

Ein / Aus KälteanforderungEin / Aus Kühler Fan

emp.

°C

Kühler Fan Aus

Te

KälteanforderungKälte Gut

Kühler Fan Ein

ZeitKälteanforderung

Kühler- Blocktemperatur = tBlockLufteintrittstemperatur = tL1

Kälte Gut

Ein / Aus Kühler Fan

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 34

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

Ein / Aus Kälteanforderung

Anwendungsbeispiel “Energieeinsparung durch selbstoptimierenden Kühlstellenregler mit integriertem Abtauregler und Lüftermanagement”

Gesamtenergie-verbrauch proWoche in kWh

300

350Woche in kWh

200

250

100

150

ENERGIE EINSPARUNG 18 %

32 340

50 ENERGIE-EINSPARUNG: 18 %

32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 2 4 6 8Kühlraum UG-23Kühlraum UG-26A Kalenderwoche

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 35

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

Studie: Transferstelle für Kältetechnik, Universität Kaiserslautern, 1996

Anwendungsbeispiel “Energieeinsparung durch selbstoptimierenden Kühlstellenregler mit integriertem Abtauregler und Lüftermanagement”

300

kWh / Woche

200250300

Vorher

100

150 NachherBilanz

50

0

50 - 3120 kWh/Jahr

- 375 € / Jahr

-100-50

KM LF HZ insg.(0.12 €/kWh)

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 36

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Beispielanwendung

nachher:Energiesparender Kühlstellen ReglerEnergiesparender Kühlstellen-Regler (Fa. Cool Expert),1 Abtauung,geringere Temperaturschwankungen

vorher:Standardregler,4 Abtauungen,Hohe Temperaturschwankungen

Ergebnis:• Bessere Kühlgutqualität• 38 % Energieeinsparung

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 37

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

38 % Energieeinsparung

Beispiel: Burger King - Feldmessungen

Auf Initiative der RWE Energiedienstleistungen GmbH Dortmund, stellte HerrMerker als Betreiber der Burger-King-Filiale – Rheine seine lokal betriebenenKühlraume zum Zweck energiesparender Vergleichsmessungen zurVerfügungVerfügung.

Durchführung:

Fa. Cool Expert Entwicklungs GmbH, Allendorf (Eder).

Wissenschaftliche Begleitung:

Prof. Dr. Martin Becker, Ingenieurbüro Dr. Becker

Burger King®

RestaurantfilialeKardinal-von-Galen-Ring 8048431 Rheine48431 RheineDeutschland

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 38

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

Lageplan Tiefkühlraum + Normalkühlraum, Leistungsdaten

Tiefkühlraum Kältetechnische Daten:EinzelkälteaggregatEinzelkälteaggregatFabr.: L'Unite/TecumsehTyp: TAG 2516 ZBRKältemittel: R404ANennleistung: Qo= 3 2 kW;

Tiefkühlraum; -20 °CR l 32 ³Tiefkühlraum; -20 °C

R l 32 ³Tiefkühlraum; -20 °C

R l 32 ³Nennleistung: Qo 3,2 kW; (to= -30°C; tc= 32°C)Luftkühlverdampfer: Fabr.: ECO T CTE 068L8 ED

NormalkühlraumKältetechnische Daten:

Raumvolumen: ~32 m³Raumvolumen: ~32 m³Raumvolumen: ~32 m³

Typ: CTE 068L8 EDNennleistung: Qo= 4,3 kW(TL1= -20 °C; to= -30 °C; DT1= 10 K)

Einzelkälteaggregat; Fabr.: L'Unite/TecumsehTyp: CAJ 4511 YHRKältemittel: R134aKältemittel: R134aNennleistung: Qo= 1,8 kW;(to= -5 °C; tc= 32 °C)Luftkühlverdampfer:Normalkühlraum; +4 °C

Raumvolumen: ~23 m³Normalkühlraum; +4 °CRaumvolumen: ~23 m³Normalkühlraum; +4 °CRaumvolumen: ~23 m³ Fabr.: ECO

Typ: CTE 041M6 EDNennleistung: Qo= 3 kW (TL1= 5 °C; to= -5 °C; DT1= 10K)

Raumvolumen: ~23 m³Raumvolumen: ~23 m³Raumvolumen: ~23 m³

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 39

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

Seite 40 von 30

REFERENZ Burger King®

Burger King®

R t tfili l3.500 +14%

Gewinn an Kälteanlagenleistung im Tief- und Normalkühlraum durch ein optimales Abtaumanagement der selbstoptimierenden Kühlstellenregler MIC QKL mini 2

3.500 +14%

Gewinn an Kälteanlagenleistung im Tief- und Normalkühlraum durch ein optimales Abtaumanagement der selbstoptimierenden Kühlstellenregler MIC QKL mini 2

Restaurantfiliale

Kardinal-von-Galen-Ring 8048431 Rheine 2.000

2.500

3.000

2.750 W

1.635 W

3.146 W

1.792 W

tung

(Q0)

[W]

+10%

her

2.000

2.500

3.000

2.750 W

1.635 W

3.146 W

1.792 W

tung

(Q0)

[W]

+10%

her

Deutschland

0

500

1.000

1.5001.635 W

Käl

tele

ist

Vor

h

Vor

her

0

500

1.000

1.5001.635 W

Käl

tele

ist

Vor

h

Vor

her

Vorher Nachher Tiefkühlraum NormalkühlraumTiefkühlraum Normalkühlraum

Vergleich der erzielten Energieeinsparungen vom Gesamtenergieverbauch der kältetechnischen Einrichtungen im Tief- und Normalkühlraum

(Bezug: jeweils 29 Tage)

Vergleich der erzielten Energieeinsparungen vom Gesamtenergieverbauch der kältetechnischen Einrichtungen im Tief- und Normalkühlraum

(Bezug: jeweils 29 Tage)

75%

100% 407 kWh 271 kWh

273 kWh 179 kWh

insp

arun

g

-33% -34%75%

100% 407 kWh 271 kWh

273 kWh 179 kWh

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25%

50%

rela

tive

Ene

rgie

ei

Vor

her

Vor

her

25%

50%

rela

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Ene

rgie

ei

Vor

her

Vor

her

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 40

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

0%

Tiefkühlraum Normalkühlraum0%

Tiefkühlraum Normalkühlraum

Ausgangslage – Tiefkühlraum (vorher und nachher)

NachherVorher

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 41

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

Beispiele für Energieeinsparungen aus Feldmessungen

Results of energy savings in field tests

Burger King-34 %

76 %

AIRBUS

3F-32,4 %

-25 %

77,6 %

75 %

DRK

bofrost

25 %

-30 %70 %

60 %

McDonald's

DRK-40 %

-38 %

60 %

62 %

0 25 50 75 100

Roche

Percent [%]

-27 %73 %

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 42

Studienfeld Energie&KlimaHochschule Biberach

with standard controller with cool expert controller energy savings in percent

Gebäude aus nachhaltiger, ganzheitlicher Sicht betrachten …

… fordert: „Richtiges“ Zusammenspiel aus

Gebäudehülle(Bauphysik,

)

Anlagentechnik(Heizung, Kühlung, Lüftung,Fassadentechnik, …) (Heizung, Kühlung, Lüftung,Beleuchtung, …)

Gebäude-/Anlagenbetriebunter Einsatz von zeitgemäßer Automation

und optimiertem Betriebsführungsmanagement

Prof. Dr. Martin Becker, Nov-09, Vortrag: Netzwerk Kälteeffizienz Hamburg, Seite 43

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