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R744 Kälteanlage
Die R744-Boosterkälteanlage und das Prinzip der Kälteerzeugung für Normal- und Tiefkühlung der Kühlmöbel und Kühlräume. (Quelle: H. Wendelborn)

Fachbeitrag: Einsatz natürlicher Kältemittel am Beispiel einer Supermarktkühlung mit R744

3. Berechnung der Heizleistung und des Jahresenergieverbrauchs

Eine Berechnung der Heizleistung der Kälteanlage erfordert die Einbeziehung aller variablen Einflüsse auf die momentane Leistung. Dazu gehören besonders die Lastzustände der Kühlung im Tag- und Nachtbetrieb, die Marktraumtemperatur und die Umgebungstemperatur im Jahresverlauf des Standortes der Anlage. Die Berechnung wurde mit der Software Pack Calculation II, des dänischen IPU-Instituts, der TU-Kopenhagen durchgeführt. Dieses Programm berechnet für verschiedene wählbare Konzepte von Kälteanlagen den Jahresenergieverbrauch pro Monat und die Leistungs- und diverse Temperaturverläufe im Jahresverlauf. Eine Amortisationsrechnung, mit dem Vergleich verschiedener Konzepte ist möglich, ebenso wie die Berechnung der Lebensdauerkosten.

Ein Berechnungsbeispiel erfolgt hier mit einem Supermarkt mit einer Kälteleistung von 100 kW für die Normalkühlung und 24 kW für die Tiefkühlung. Für die Tiefkühlung verkleinert sich die Kühllast linear von 24 kW bei 32 °C Umgebungstemperatur mit 1 Prozent/K bis 15 °C Umgebungstemperatur und für die Normalkühlung mit einer Verkleinerung von 2 Prozent/K Umgebungstemperatur. Infolge von niedriger nächtlicher Markttemperatur und Nachtrollos bei Kühlregalen verbleibt bei Nacht­betrieb noch 34 Prozent Last für die Normalkühlung und 90 Prozent für die Tiefkühlung. Der gewählte Standort befindet sich in Hamburg. Die Regelung des Hochdrucks und damit der Vorlauftempe­ratur erfolgt über Lastsignale 0-10 V aus den Raumheizungsreglern. Damit ist die Vorlauf­temperatur, wie bei traditionellen Heizungs­reglern optimiert. Zu der Heizperiode gehören die Monate September bis Mai. Vergleichsbasis für den Verbrauch ist die Anlage ohne Heizung mit Regelung der Verflüssigungstemperatur im subkritischen Bereich, geführt durch die Umgebungstemperatur bis zu einer minimalen Verflüssigungstemperatur von 10 °C. Das Ergebnis zeigt Bild 4, Energieverbrauch mit und ohne Heizung.

Bild 4: Energieverbrauch mit und ohne Heizung.

Nach der Berechnung steht eine Heizleistung in einer kalten Februarwoche nach Bild 5, Heizleistung von 50 kW in der Nacht und 80 kW am Tage zur Verfügung. Ein Vergleich mit der Wärmebedarfsrechnung ergibt einen Überschuss an Wärmeleistung für die Brauch­warmwasserbereitung und Gebäudeheizung.

Bild 5: In einer kalten Februarwoche steht eine Heizleistung von 50 kW in der Nacht und 80 kW am Tage zur Verfügung.

Der Mehrverbrauch für die Heizung beträgt 36.987 kWh/a entsprechend 25 Prozent/a bei einer Wärmemenge von 285.277 kWh/a. Vorausgesetzt diese Wärmemenge würde pro Jahr verbraucht, lägen die Kosten für Öl bei 7.459 Euro und bei der Heizung mit der Kälteanlage bei 6.657 Euro. Diese Berechnung beruht auf Energiepreisen für Öl von 0,85 Euro/l und für Strom von 0,18 Euro/kWh. Es ist mit einer Einsparung von 801 Euro/a zurechnen. Zusätzlich muss die entfallende Investition für die Heizungsanlage und Ölbevorratung mit berücksichtigt werden.

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