CO2-Kälteanlagen für Kühl- und Tiefkühlregale

Supermärkte kühlen dank Ejektor energieeffizienter und günstiger

Dank der neuartigen Ejektor-Technologie können Einzelhandelsunternehmen den Energieverbrauch von Kühl- und Tiefkühlregalen um ein Fünftel und mehr senken. Die beiden großen Schweizer Einzelhändler Migros und Coop wenden die Technologie seit mehreren Jahren mit Erfolg an. Auch Supermärkte im Ausland setzen zunehmend auf die ressourcenschonende Kühltechnologie, bei deren Implementierung und Anwendung die Schweiz eine Vorreiterrolle hat.

Lebensmittelmärkte müssen alle zehn bis 15 Jahre modernisiert und auf den neusten Stand gebracht werden. Vor rund drei Jahren war die große Migros-Filiale in Ibach (Kanton Schwyz) an der Reihe. Die Verantwortlichen der Migros-Genossenschaft nutzten die Umbauarbeiten des Mythen-Centers für eine technische Innovation bei der Kälteanlage: Für die Kühlung der 170 Laufmeter Kühl- und Tiefkühlmöbel sowie der insgesamt 280 m² Kühl- und Tiefkühlräume der Supermarkt-Filiale wird seit Anfang 2015 ein sogenannter Ejektor eingesetzt. Der Ejektor ist ein Zusatzelement der mit Kohlendioxid (CO2) betriebenen Kälteanlage. Mit der relativ simplen Komponente gelang es der Migros, den Stromverbrauch für die Kälteerzeugung dauerhaft um 23 % zu senken. Für die Innovation bekam die Migros 2015 den renommierten deutschen EHI Energiemanagement Award.

 

Ejektor ist heute Planungsstandard

Der Einsatz im Mythen-Center markiert den Markteintritt der Ejektor-Technologie. Seither hat die Migros mehrere Dutzend Lebensmittelmärkte mit der Technologie ausgerüstet. „Heute werden Ejektoren beim Um- und Neubau von Migros-Filialen standardmäßig in die Planung der Kühltechnik einbezogen und dort, wo sie wirtschaftlich sind, angeschafft“, sagt Daniel Duss, Leiter Bau+Technik bei der Migros-Genossenschaft Luzern. Auch Konkurrent Coop setzt auf die Technologie. „Auf die Kühltechnik entfällt in Lebensmittelmärkten rund die Hälfte des Stromverbrauchs, daher leistet der Ejektor einen maßgeblichen Beitrag zur Senkung des Energieverbrauchs“, sagt Thomas Häring, Leiter Energie und Technik bei Coop. Coop und Migros nutzen Ejektoren unterdessen in landesweit rund 60 Filialen. Die Technologie ist jetzt etabliert, in Zukunft werden pro Jahr rund 30 weitere Supermärkte dazukommen. Der Ejektor kommt heute bei jeder zweiten Modernisierung zum Einsatz. Besonders lohnend ist die Investition bei mittleren und großen Märkten. Hier liegen die Pay-Back-Zeiten je nach Marktgröße bei ein bis sechs Jahren.

 

Weltweit sind bisher gemäß Schätzungen mehrere Hundert Ejektor-Systeme im Einsatz, die überwiegende Zahl davon in Europa. Wie bei der Entwicklung von Wärmepumpen kommt der Schweiz auch bei der Markteinführung der Ejektor-Technologie eine Vorreiterrolle zu. Die Frigo-Consulting AG, ein Planungsbüro für Kälteanlagen mit Sitz in Gümligen (Kanton Bern), hat die Entwicklung über mehrere Jahre eng begleitet. Basierend auf den wissenschaftlichen Grundlagen des norwegischen Forschungsinstituts SINTEF gelang es 2013, die erste Pilotanlage in der Migros-Filiale in Bulle (Kanton Freiburg) in Betrieb zu nehmen. Hier wurde mit dem Ejektor eine Einsparung von 14 % erzielt. Die Technologie wurde dann optimiert (Regeltechnik, Einbindung) und vom Kühl- auf den Tiefkühlbereich erweitert. In dieser ausgereiften Form kam der Ejektor ab 2014 im Mythen-Center der Migros im Kanton Schwyz zum Einsatz. „Wir waren auf das Vertrauen der Bauherrschaft angewiesen, denn der Einbau des innovativen Tools durfte die Betriebssicherheit der Kälteanlage bzw. die Verkaufsbereitschaft des Supermarkts nicht gefährden“, nennt Frigo-Consulting-Projektleiter Jonas Schönenberger eine wichtige Herausforderung in der Pilotphase.

 

Schub für CO2-Kälteanlagen

Das Schweizer Bundesamt für Energie (BFE) in Bern hat die Entwicklung eines marktreifen Produkts mit einem Forschungs- und zwei Pilot- und Demonstrationsprojekten (Bulle, Ibach) unterstützt. Stephan Renz hat die Projekte als Leiter des BFE-Forschungsprogramms Wärmepumpen und Kälte über insgesamt fünf Jahre begleitet: „Kälteanlagen, die auf CO2 statt auf synthetische Kältemittel setzen, sind relativ jung und mussten sich in den letzten Jahren erst am Markt etablieren. Die Unterstützung der öffentlichen Hand schuf die Voraussetzung, dass die ersten Anwender trotz anfänglicher Mehrkosten auf diese neue, nachhaltige Technologie setzten – und heute nun von deutlich tieferen Kosten profitieren.“ Dass mit der Migros von Beginn an ein großer Detailhändler in das Projekt eingebunden war, hat die Verbreitung der Technologie im Kältemarkt maßgeblich unterstützt.

In der Schweiz und in der Europäischen Union werden die bisher verwendeten synthetischen Kältemittel wegen ihres hohen Treibhausgaspotenzials zunehmend mit Verboten belegt. Synthetische Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW) haben im Vergleich zum natürlichen Kältemittel CO2 einen bis zu 1000-mal stärkeren Treibhauseffekt. Dank der Optimierung durch die Ejektortechnologie erhält CO2 als Kältemittel weiter Schub. Dies wirkt sich auch positiv auf die Umwelt aus, weil bei Kälteanlagen im Detailhandel über das Jahr erfahrungsgemäß fünf und mehr Prozent des Kältemittels über unvermeidliche Leckagen in die Umwelt austreten. Die Promotoren der Ejektor-Technologie stellen weitere Verbesserungen der Umweltbilanz in Aussicht, da Kälteanlagen dank Ejektoren künftig noch kleiner dimensioniert werden können. Der verhältnismäßig energieaufwendige Teillastbetrieb von Anlagen könnte so reduziert werden. Dank einer rasanten Weiterentwicklung der Technologie und der zunehmenden kommerziellen Verfügbarkeit von Ejektoren ist ein Einsatz bereits ab 50 kW Kälteleistung absehbar (heute: 100 kW).

 

Erhebliches Sparpotenzial in Europa

Industrie, Gewerbe und Dienstleistungsbetriebe sind in Industrieländern wie in der Schweiz für rund 60 % des gesamten Stromverbrauchs verantwortlich. Der Kühlsektor kann mit dem konsequenten Einsatz der Ejektor-Technologie einen bedeutenden Beitrag zum Stromsparen leisten. „Während wir in der Schweiz dank Ejektor Einsparungen von 20 bis 30 % erreichen, sind an Standorten mit weniger ausgereiften Vorgängersystemen 30 bis 40 % möglich, abhängig von Gebäude, Lastprofil, Abwärmenutzung und Standortklima“, sagt Schönenberger. In Europa gibt es heute laut einer Schätzung 9000 bis 10.000 CO2-Kälteanlagen, bei denen durch Einbau eines Ejektors erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden könnten. Dank Ejektor kann CO2 auch in wärmeren Ländern als Kältemittel eingesetzt werden. Rund 80 bis 90 % der Kühlanlagen in europäischen Supermärkten werden aktuell noch nicht mit dem umweltschonenden Kältemittel betrieben. Durch Umrüstung könnten die Eigentümer der Märkte ein beachtliches energetisches und finanzielles Einsparpotenzial von bis zu 40 % realisieren.

Diesen Schritt in Richtung Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz will in den nächsten Jahren der METRO-Konzern (Düsseldorf) in seinen weltweit 750 Cash & Carry-Großmärkten gehen. Während bisher knapp jeder zehnte Großmarkt zur Kühlung ausschließlich das Kältemittel CO2 verwendet, will METRO bis 2030 seine Märkte im Wesentlichen auf natürliche Kältemittel umstellen und dabei auch den Ejektor einsetzen. Erste Großmärkte in den Niederlanden und Frankreich wurden bereits mit der Technologie ausgerüstet, 2018 werden in Polen zwei weitere folgen. „Die METRO AG hat eine technische Guideline formuliert, um die Ejektor-Technologie konzernweit als Standard etablieren zu können“, sagt Olaf Schulze, Director Energy Management bei dem börsennotierten Groß- und Einzelhandelsunternehmen. Der METRO-Manager kann bei der Implementierung auf die Schweizer Erfahrungen zurückgreifen. Anlässlich einer Informationsreise hat er vor kurzem auch die Migros-Filiale im Mythen-Center Ibach besucht. „Der Schweizer Einzelhandel geht beim Ejektor mit gutem Vorbild voraus“, sagt Schulze.

Weitere Informationen

Die Schlussberichte zu dem Forschungs- und den beiden Pilot- und Demonstrationsprojekten des BFE finden Sie unter: http://www.bfe.admin.ch/dokumentation/energieforschung/index.html?lang=de


Auskünfte zu dem Projekt erteilen Stephan Renz (), Leiter des BFE-Forschungsprogramms Wärmepumpen und Kälte, und Dr. Josef Känzig (), Leiter des BFE-Programms Wissens- und Technologietransfer.


Weitere Fachbeiträge über Forschungs-, Pilot-, Demonstrations- und Leuchtturmprojekte im Bereich Wärmepumpen und Kälte finden Sie unter www.bfe.admin.ch/CT/WP-Kaelte.


Der Ejektor wurde in den letzten Jahren schrittweise verbessert. Sein Funktionsprinzip erklärt ein im Auftrag des BFE erstellter Info-Clip: http://www.bfe.admin.ch/cleantech/05761/06041/06100/index.html?lang=de

Höhere Temperaturen im Kühlkreislauf

Der Ejektor ist ein Bauteil im Kühlkreislauf von Kälteanlagen, die CO2 als Kältemittel nutzen. Dank des Ejektors und des zugehörigen Parallelverdichters muss die Kühlflüssigkeit weniger stark abgekühlt werden: Für Kühlregale sind nur noch Temperaturen von -2 °C erforderlich (statt -8 °C wie früher), für Tiefkühlregale reichen -25 °C (statt -32 °C wie früher). Damit kann der Kühlkreislauf mit geringerem Stromverbrauch betrieben werden.
Ejektoren werden durch die Lieferanten der Kälteanlagen selber hergestellt oder sind als Komponenten von Herstellern wie Danfoss (Nordborg/Dänemark) oder Wurm Schweiz (Reutlingen/Winterthur) erhältlich. Es ist davon auszugehen, dass andere Komponenten-Hersteller das Potential der Technologie erkennen und auf diesen Zug aufsteigen.

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