Planung und Bau einer Tieftemperaturkälteanlage. Vier Kältemaschinen mit je 500 kW liefern Tieftemperaturkälte und Trifluormethan R 23 als Kältemittel. Bei einem bekannten deutschen Pharmaunternehmen mussten in einem Produktionsgebäude 150 verschiedene Verbraucher in einem Temperaturbereich von -30 °C bis +150 °C temperiert werden. Für diese Aufgabe wurde je ein Heiz-, ein Kühl- und ein Tiefkühl-Primärkreis für synthetisches Wärmeträgeröl installiert. Als einzelne Temperaturschienen wurden -40 °C (Tieftemperatur), +35 °C (Mitteltemperatur) sowie +190 °C (Hochtemperatur) vorgesehen. Die Einzeltemperierung der Verbraucher erfolgte über Sekundär-Regelkreise, die unmittelbar an den Verbrauchern aufgestellt wurden. Mit dem Basic Engineering, der Planung und dem Bau der 2 MW-Tieftemperaturkälteanlage für die Tieftemperaturschiene wurde die L&R Kältetechnik in Sundern beauftragt.

Die Aufgabenstellung im Rahmen des Basic-Engineering umfasste bei Zugrundelegung der genannten Leistungsgrenzen und Daten die Auswahl einer geeigneten Technik zur Erzeugung und Regelung, die Auswahl der dazu notwendigen Verdichter mit Leistungsdaten und Kältemittel, sowie die Auslegung der für den Kältekreislauf notwendigen Förder- und Speicheraggregate, weiterhin Auslegung und Bestimmung der Sicherheitseinrichtungen und Festlegung des Platzbedarfs. Bei einer Betriebszeit der Anlage von ca. 8.000 h/a wurde bei der Auslegung der Tieftemperaturkälteanlage auf eine entsprechend hohe Verfügbarkeit Wert gelegt. Die Tieftemperaturkälteanlage wurde daher mit vier einzelnen Kältemaschinen à 500 kW gebaut.

Als Betriebsmittel standen der L&R folgende Primärenergiemedien zur Verfügung:

Strom, Notstrom, Kühlwasser, werkseitige Ammoniak-Kälte von -18°C. Es wurde ein Konzept für die Tieftemperaturkälteanlage unter Berücksichtigung der bereitzustellenden Primärenergiemedien und des Energieverbrauchs erarbeitet. Bei der Wahl des Kältemittels wurde besonderer Wert auf Energiebilanz und Abwärmenutzung sowie wirtschaftliche und umweltrelevante Gesichtspunkte gelegt. Nach Prüfung und Bewertung aller Konzepte wurde folgende Anlagenvariante umgesetzt. Zentrales Element ist der Pufferspeicher, der in eine warme und eine kalte Seite aufgeteilt ist.

Die Darstellung im Anlagenschema erfolgt aus diesem Grunde zur besseren Erklärung der einzelnen Ströme in zwei getrennten Behältern mit den Verdampferpumpen und den Betriebspumpen zur Versorgung der Sekundär-Regelkreise. Jede der vier Tieftemperaturkälteanlagen erhält einen eigenen Verdampferkreislauf. Grund für die vollkommene Trennung ist die hohe Betriebssicherheit und eine optimale Leistungsregulierung. Die Verdampferpumpen saugen das warme Wärmeträgeröl (-35 °C) aus dem Pufferspeicher an und fördern es durch die Verdampfer der Tieftemperaturkälteanlage. Das hier auf Solltemperatur (-40 °C) abgekühlte Wärmeträgeröl wird dem Pufferspeicher wieder zugeführt. Aus der kalten Seite des Pufferbehälters wird das Thermalöl durch die Betriebspumpen den Sekundär- Regelkreisen zugeführt.

Der kondensatorseitige Solekreislauf mit der Kaltsole Tyfoxit F 30 wird als geschlossener Kreislauf mit einer eigenen Pumpenstation betrieben. Die Pumpenstation fördert die Sole durch den bauseitigen Ammoniak-(NH3) Verdampfer. In dem Verdampfer wird die Sole auf -18 °C abgekühlt, die kalte Sole wird über die Dreiwege-Regelventile und anschließend über die Kondensator- Plattenwärmetauscher gefördert. Hier nimmt die Sole die Kondensationswärme auf und transportiert die aufgenommene Wärme wieder zu dem Ammoniak-Verdampfer. Der Kondensationsdruck der Kälteanlagen wird über die Dreiwege-Regelventile geregelt.

Jede Kälteanlage besitzt zwei getrennte Kältekreisläufe mit je 250 kW Kälteleistung. Somit ist eine optimale Produktionssicherheit gewährleistet, da die Leistung auf insgesamt acht getrennte Kältekreisläufe aufgeteilt wird. Bei einem Ausfall eines Kältekreises bleibt immer noch eine Rest-Kälteleistung von 87,5%.

Als Kältemittel wurde das Tieftemperatur-Kältemittel R 23 (Trifluormethan) ausgewählt. Es besitzt in dem gewünschten Temperaturbereich eine wesentlich höhere volumetrische Kälteleistung als vergleichbare Kältemittel, dadurch ergibt sich eine sehr gute Leistungszahl (3,45) bei den sehr tiefen Verdampfungstemperaturen.

Das Herzstück jeder L&R-Tieftemperaturkälteanlage besteht aus zwei Bitzer 6-Zylinder-Hubkolben- Tandem-Verdichtern. Die Bitzer-Hubkolbenverdichter besitzen bei der Tieftemperaturanwendung in Verbindung mit dem Kältemittel R 23 eine optimale Leistungszahl. Die Verdampfer und Verflüssiger sind als Tieftemperatur Plattenwärmetauscher ausgeführt. Zur Regelung der Einspritzmenge des flüssigen Kältemittels in den Verdampfer wurden elektronische Expansionsventile von Siemens eingesetzt. Die elektronische Regelung und Steuerung der einzelnen Kälteanlagen wird über eine SPS (Siemens S7) mit allen erforderlichen analogen und digitalen Ein- und Ausgabemodulen durchgeführt. Die einzelnen Kältemaschinen sind über einen Profibus DP miteinander verbunden und werden über eine Leitzentrale überwacht.

Kontakt:
L&R Kältetechnik GmbH & Co KG, Sundern-Hachen
Burkhard Rüssmann, Geschäftsführer
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