Recknagel
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

5. COP-Online Messung

Die Leistungszahl COP (Coefficient of Perfor­mance) einer Kälteanlage, bewertet die erzeugte Kälteleistung im Verhältnis der eingesetzten Energie. Damit wird die Ausnutzung der ein­gesetzten Energie deutlich. Diese Leistungszahl berechnet sich zu COP = Qe/P, wobei Qe die Kälteleistung und P die eingesetzte elektrische Leistung der Verdichter ist. Bei Kälteanlagen, die auch zur Heizung genutzt werden, berechnet sich die Systemleistungszahl mit

Bild 8: COP-Übersicht.

wobei QeNK die Kälteleistung der Normal­kühlung, QeTK die Kälteleistung der Tiefkühlung, QBW die Heizleistung für Brauchwasser und QH die Heizleistung für die Gebäudeheizung ist.

Der COSP-Wert einer R744-Boosteranlage variiert zwischen 1,5 und acht, abhängig von der Umgebungstemperatur, dem Verhältnis der Kühllast zwischen NK- und TK-Anlage, den Verdampfungstemperaturen, Druckverlusten und der Komponentenleistung. Eine Beurteilung der Effizienz einer Anlage ist möglich, durch den Vergleich des gemessenen COSP mit dem berech­neten idealen COSP. Eine online COP-Messung gibt der Servicefirma neue Möglichkeiten, den Betrieb der Kälte-und Heizungsanlage zu optimieren.

Das COP-Messgerät AK-LM350, eingebunden in den LON-Feldbus mit den Kühlstellen- und Verbundanlagenreglern, ermöglicht die Messung und Betrachtung der Messdaten mit einem über das Internet verbundenen PC, im Echtzeitbetrieb. Das Messgerät kann verschiedene Anlagenkonzepte vermessen, R744-Booster, R744-Kaskade, R744-Pumpenanlage und einfache einstufige HFC/CFC-Anlagen. Existierende Sensoren können verwendet werden und es ist nicht zwingend notwendig kWh-Meter zu installieren.

Der Vergleich und die Bewertung des gemessenen mit dem idealen COP bzw. COSP sind besonders beim Vergleich von vielen Anlagen mit unterschiedlichen Konzepten zielführend. Erstmals ist es im breiten Einsatz möglich, sichere Bewertungen vorzunehmen. Der ideale COP bzw. COSP berechnet das Messgerät mit einem Algorithmus, basierend auf den Verdampfungstemperaturen, der Umgebungstemperatur und mit der Annahme einer isentropen Effizienz von eins. Dieser theoretische COP kann in der Praxis nicht erreicht werden, aber jede Annäherung macht die Anlage effizienter. Der ideale COP ist die Richtschnur für die Energieeffizienz. Der Vergleich von gemessenen und idealen COP gibt dem Service­personal ein Gefühl für den aktuellen Betrieb und eine Inspiration den Betrieb zu optimieren.

Weiterhin steht eine Berechnung der genutzten Wärmemenge bzw. der nicht genutzten Wärmemenge des Verflüssigers zur Verfügung. Das ermöglicht eine evtl. Abschätzung der Heizkosten für den Betreiber des Supermarktes.

Es stehen zwei Algorithmen für die Berech­nung des COSP zur Verfügung. Methode A benötigt eine kWh-Verbrauchsmessung der Verdichter, Lüfter und evtl. weiteren Verbraucher wie Pumpen für die Wärmerückgewinnung und Rahmen-Scheibenheizung. Die Hubvolumen der Verdichter sind notwendig für die Berechnung des Kältemittelmassenstroms. Methode B benötigt keine kWh-Messung. Diese Methode verwendet die Temperatur- und Druckmessungen sowie das Hubvolumen der Verdichter zur Bestimmung des Massenstroms. Methode A liefert bessere absolute Ergebnisse. Allerdings entstehen Mehrkosten durch die Leistungsmessung.

Auf dem PC-Bildschirm steht der COSP der letz­ten Minute, Stunde und Tag zur Bewertung zur Verfügung, wie das Danfoss Service Tool in Bild 8, COP-Übersicht zeigt. Aufgezeichnet pro Woche, wie in Bild 9, COP und COP-ideal im Jahresverlauf in einem Diagramm, ergeben sich wirksame Vergleiche der Effizienz von Märkten einer Marktkette. Frühzeitig kann ein Leistungsab­fall über die Lebensdauer der Anlage erkannt werden. Mit dieser Überwachung wird ein überhöhter Energieverbrauch verhindert.

Bild 9: COP und COP-ideal im Jahresverlauf.
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