Innovationen, denen jedes (Kälte-)Mittel recht ist

„Unser Lebensraum der Kälte- und Klimatechnik ist einer großen Verunsicherung ausgesetzt“, konstatierte Güntner-Geschäftsführer Robert Gehrle in seiner Begrüßungsansprache zum Güntner-Symposium. Eine Fülle an Vorschriften und Gesetzen – die Ökosdesign-Richtlinien und die F-Gase-Verordnung seien beispielhaft genannt – prasselt auf unsere Branche ein. „Wir wollen Ihnen einen Weg durchs Dickicht der Vorschriften aufzeigen“, so Gehrle weiter. Und die Vorträge des Symposiums boten in der Tat zahlreiche Hilfestellungen und Infos, wie man als Planer, Anlagenbauer und Betreiber von Kälteanlagen in diesen bewegten Zeiten sicherer agieren kann, bzw. auf was man sich einstellen muss. Dabei ging es in den Vorträgen nicht nur um die Güntner-Produkte, sondern externe Referenten wie Prof. Michael Kauffeld von der Hochschule Karlsruhe, Christoph Brandt, KLIMAhaus GmbH, und der Wissenschaftler und Politiker Prof. Dr. Ernst-Ulrich von Weizsäcker blickten auch über den Tellerrand der Wärmetauschertechnik hinaus und boten spannende Einblicke in benachbarte Themenfelder.

Natürliche Kältemittel sind eine gute Alternative

Prof. Dr. Michael Kauffeld ging in seinem Keynote-Vortrag auf die Frage ein, ob CO₂ das Kältemittel der Zukunft für die Gewerbekälte sein könne. Zunächst erläuterte er noch einmal die Grundzüge der F-Gase-Verordnung und ihre Auswirkungen auf die Kältebranche. Die schrittweise Reduzierung der verfügbaren HFKW-Mengen in den kommenden Jahren werde dazu führen, dass die Kosten für F-Gase deutlich ansteigen und dass es zu einem verstärkten Einsatz brennbarer oder giftiger Kältemittel kommen werde. In diesem Zusammenhang machte er deutlich, dass man nicht nur auf den GWP-Wert eines Kältemittels schauen, sondern auch alle Maßnahmen ergreifen solle, die Füllmengen und die benötigte Menge an F-Gasen zu reduzieren. Das perfekte Kältemittel für alle Anforderungen der Zukunft werde es nicht geben. Man müsse bei jeder Wahl mit negativen Aspekten leben. Ammoniak ist toxisch; bei CO₂ hat man mit hohen Drücken und höheren Anlagenkosten zu kämpfen; HFKW haben ein hohes GWP; Kohlenwasserstoffe sind brennbar; Wasser hat eine niedrige vol. Kälteleistung. „Einen Tod müssen Sie sterben“, bemerkte Kauffeld. Je nach Anwendung müsse man also stets aufs Neue die richtige Wahl treffen.

Zumindest für den Bereich der Kältetechnik in Supermärkten steht für Prof. Kauffeld mit CO₂ das Kältemittel der Zukunft bereits fest. Viele Betreiber hätten hier schon hervorragende Erfahrungen gesammelt. Bis Mai 2015 seien weltweit bereits über 5000 transkritische CO₂-Supermarkt-Verbundkälteanlagen in Betrieb genommen worden. Die Energieeffizienz sei vor allem in Ländern nördlich der Alpen sehr gut; in südlichen Ländern sei jedoch die Energieeffizienz im Vergleich zu einer Standard-Kälteanlage mit R404A noch schlechter. Die Betonung liege jedoch auf „noch“, betonte Kauffeld. Es gebe bereits technische Möglichkeiten (z.B. Ejektoren) und weitere seien in der Entwicklung, die den „CO₂-Äquator“ weiter nach Süden verschieben könnten. Auch den Einsatz von Ammoniak-CO₂-Kaskaden gelte es zu prüfen. Eine Herausforderung seien in jedem Fall die hohen Drücke – bis zu 120 bar auf der Hochdruckseite gelte es zu beherrschen. Sein Fazit zum Thema natürliche Kältemittel: HFKW können zu vertretbaren Kosten bereits heute durch natürliche Kältemittel mit niedrigem GWP ersetzt werden. Alternativen sind CO₂ transkritisch und als untere Stufe in Kaskadenanlagen, Ammoniak in Industriekälteanlagen, Kohlenwasserstoffe bei kleineren Anlagen und Chillern, Wasser als Kältemittel bei Einsatzgebieten über 0 °C. Den oft gehörten Vorwurf, dass man sich den niedrigen direkten Treibhauseffekt von natürlichen Kältemitteln durch einen höheren indirekten wieder zerstören würde, entkräftete Prof. Kauffeld. Häufig sei die Energieeffizienz dieser Anlagen besser als die vergleichbarer HFKW-Systeme. Zum Schluss plädierte er noch einmal dafür, auch die Kältemittelfüllmengen – z.B. durch den Einsatz von Microchannel-Wärmetauschern – zu reduzieren und dafür, den Ansatz der Speicherung von Energie in Kältespeichern nicht zu vernachlässigen.

Produktsortiment neu strukturiert

Natürlich muss sich auch ein Hersteller wie Güntner den Herausforderungen der F-Gase-Verordnung stellen. Franz Jäger, CTO bei Güntner, berichtete in seinem Vortrag über Güntners technische Lösungen in diesem Zusammenhang. Es sei eine besonders anspruchsvolle Aufgabe die Wärmetauscher auf die jeweiligen Kältemittel abzustimmen. Aspekte wie chemische Beständigkeit (Korrosion), Drücke (CO₂) und unterschiedliche Volumenströme gelte es zu berücksichtigen. So gebe es z.B. auch in „microox“-Wärmetauschern – dem Microchannel-System von Güntner – je nach Kältemittel bei sonst gleichen Bedingungen andere Druckverluste zu beachten. Je nach Einsatzbereich verwende Güntner daher unterschiedlich Rohrmaterialien und -symmetrien.

Die Komplexität bei der Wärmetauscherauswahl und die Fülle der Varianten stellen einen Hersteller in der Fertigung, aber auch die Kunden bei der Geräteauswahl vor Probleme. Um diese zu entschärfen, hat Güntner sein Produktportfolio komplett überarbeitet und ein modulares System mit hoher Flexibilität geschaffen. Für Standardanwendungen, die ca. 85 % der Güntner-Aufträge ausmachen, werden in Zukunft drei Baureihen ausreichen. Gab es früher beispielsweise zehn Baureihen für kubische Luftkühler, so gibt es künftig noch eine – die „Cubic-Line“. Die beiden anderen Baureihen heißen „Slim“ und „Dual“. Der jeweilige ergänzende Zusatz „Compact“ verweist auf Anwendungen in der Gewerbekälte, der Zusatz „Vario“ auf Industrieanwendungen. Unter „Application-Line“ fallen schließlich alle Sonderbauformen. Gab es früher auf der „kalten Seite“ 27 Baureihen, so sind es nun nur noch zwölf. Auch die „warme Seite“ wurde verschlankt. Von den 17 Baureihen sind neun übrig geblieben mit den Namen „Flat“, „Vertical“, „V-Shape“ und wieder „Application“ für Sonderanwendungen. Obwohl es nun weniger Serien gibt, sind durch das modulare System nach wie vor eine hohe Flexibilität und das punktgenaue Auslegen möglich. Und in Bezug auf die Kältemittelvielfalt resümierte Franz Jäger: „Wir bieten Ihnen Innovationen, denen jedes Mittel recht ist.“

Probleme mit dem Temperatur-Gleit

Michael Freiherr, Leiter Produktmanagement bei Güntner, betrachtete bei seinen Ausführungen die Konsequenzen des hohen Temperatur-Gleits der neuen synthetischen Kältemittel mit niedrigem GWP für die Auslegung von Verflüssigern und Verdampfern. Seit einiger Zeit sind neue Kältemittelgemische der 4-er-Reihe (z.B. R409A) auf dem Markt und sie finden vermehrt Anwendung, da sie im Vergleich zu R404A (GWP 3260) einen niedrigeren Treibhauseffekt aufweisen (R409A: GWP 1290). Das Dilemma dabei: Kältemittel mit hohem GWP haben einen niedrigen, Kältemittel mit niedrigem GWP leider einen hohen Gleit (Der mittlere Gleit von R409A beträgt 7,81 K, der von R404A 0,55 K.). Der Gleit ist ein Phänomen von Kältemittelgemischen, weil deren einzelne Komponenten bei verschiedenen Temperaturen sieden. Dieser Gleit muss bei der Auslegung einer Anlage berücksichtigt werden – und zwar sowohl bei Verdampfern als auch bei Verflüssigern. Welche Auswirkungen ein hoher Gleit hat, machte Michael Freiherr für beide Anwendungsfälle deutlich. Ein Beispiel: Der Gleit des Kältemittels führt beim Verdampfer zu einer größeren treibenden Temperaturdifferenz – die Verdampferleistung steigt. Erfolgt die Auslegung des Verdampfers mit der Taupunkt-Temperatur, werden die Verdampfer im Vergleich zu Kältemitteln ohne Gleit kleiner ausgewählt. Dies führt jedoch zu einer niedrigeren Oberflächentemperatur und in der Folge steigt die Entfeuchtungsleistung um ein Vielfaches – mit entsprechender Auswirkung auf das Kühlgut. Weiterhin muss berücksichtigt werden, dass der Gleit je nach Taupunkt schwankt. So beträgt der Gleit von R409A bei +45 °C (Hochdruck, Verflüssiger) 6,96 K, bei einem Taupunkt von -30 °C (Niederdruck, TK-Verdampfer) liegt er bei 8,54 K. Um diese Probleme bei der Auslegung in den Griff zu bekommen, bietet sich die sogenannte Mittel-Temperaturmethode an, die aber niemand erlernen muss, weil Güntner sie – aufgrund der hohen Komplexität der kompletten Thematik – als Berechnungsmethode in das neue Update des Güntner Product Calculators (GPC) integriert hat.

Weniger ist mehr

Güntner-Entwicklungsleiter Dr. Alfred Eckard ging in seinem Vortrag noch einmal auf die von Prof. Kauffeld schon erwähnte notwendige Reduzierung der Kältemittelfüllmengen ein. „Weniger ist mehr“ lautete sein Motto, und dieses „Weniger“ an Kältemittelmenge ist vor allem durch kleinere Rohrdurchmesser zu erreichen. Kleinere Rohrdurchmesser in Wärmetauschern bringen mehrere Vorteile mit sich:

Für die Herstellung/Anwendung: Materialeinsparung durch höhere Effizienz, höhere mögliche Drücke, erweiterte Einsatzmöglichkeiten

Für die Kälteanlage: weniger Füllmenge, weniger Kältemittelverlagerungen (vor allem bei transkritischen Anwendungen relevant), kompaktere Bauweise

Für den Betreiber: reduzierte Kosten für Kältemittel, weniger Dichtheitskontrollen

Höchste Leistung eines Wärmetauschers bei gleichzeitig geringstem Rohrinhalt bieten bei Güntner die „microox“-Produkte. Durch die engen Abstände und die kleinen Kanaldurchmesser verfügt der „microox“-Wärmeübertrager über einen sehr hohen Lamellenwirkungsgrad und ein sehr geringes Kältemittelfüllvolumen. Durch die Verwendung des Werkstoffs Aluminium sind Geräte mit diesen Wärmeübertragern im Verhältnis zu konventionellen Geräten sehr leicht und dadurch hervorragend für die Wandmontage geeignet.

Numerische Strömungssimulation

Waren die Vorträge des Symposiums bis zu diesem Zeitpunkt schon nur etwas für Kälteprofis, so wurde es im Vortrag von Dr. Andreas Zürner, Güntner-Forschung, noch eine Spur anspruchsvoller. Dr. Zürner ging auf die Einsatzmöglichkeiten von numerischen Strömungssimulationen (CFD) bei der Entwicklung von Wärmetauschern ein. CFD-Simulationen dienen der rechnerischen Darstellung komplexer Ausgangslagen, um das Verhalten von Flüssigkeiten und Gasen sowie ihre Interaktion mit den Produkten, in denen sie sich befinden, vorhersagen zu können. So simuliert man u.a.

Luftströmungen von und zum Wärmetauscher,

den Einfluss des Wandabstands auf die Verdampferleistung

den Einfluss von Seitenwind und Aufstellung bei großen Rückkühlanlagen etc.

auch kundenspezifische Simulationen sind durchführbar

Auch wenn Güntner-Kunden letztendlich nur interessieren müsste, dass sie ein optimiertes Produkt einsetzen können, so bot der Vortrag doch spannende Einblicke in die Komplexität der Wärmetauschertechnik. Die Vorteile der CFD-Technik sind nach Auffassung von Dr. Zürner vielfältig. Das ist zum einen eine hohe Zeitersparnis in der Entwicklungsarbeit, sodass auf den aufwändigen Musterbau von Prototypen verzichtet werden kann, wenn bereits die Simulationen nicht zufriedenstellend waren. Gemessen werden muss natürlich trotzdem noch, aber man kann die Anzahl der Messungen drastisch reduzieren. Verbunden damit ist natürlich auch eine Kostenersparnis. Vor allem aber bietet die Technik einzigartige Auswertemöglichkeiten und eine Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.

Eurovent schützt die Kunden

Versuchsleiter Peter Roth informierte die Anwesenden über das Eurovent-Zertifzierungsprogramm. Der Zweck von Eurovent ist es, einen fairen Wettbewerb zu fördern und Kunden gegenüber sicherzustellen, dass am Markt befindliche Geräte richtig bewertet sind. Daher werden von Eurovent regelmäßig Überprüfungen in unabhängigen Laboren durchgeführt, ob deren Werte mit den Herstellerangaben übereinstimmen. Dies bietet Planungs- und Betriebssicherheit für alle Beteiligten. Wichtig dabei: Alle Produkte in einer Produktgruppe müssen geprüft sein. Ein Hersteller kann also nicht nur sein Sahnestück herauspicken, dieses prüfen lassen und sich mit dem Eurovent-Logo schmücken. Es ist übrigens nur etwa die Hälfte der in der EU verkauften Geräte zertifiziert. Apparate für CO₂, NH3 und Propan sind nicht zertifiziert. CO₂-Geräte sollen demnächst auch aufgenommen werden, aber noch gebe es laut Peter Roth kein unabhängiges Labor mit einem entsprechenden Messstand.

Im weiteren Verlauf berichteten mehrere Referenten noch über die BAFA-Förderung von Kälteanlagen, die neue Hygienerichtlinie VDI 2047-2, die neuen Güntner-Isolierkühler und über Regelungsmöglichkeiten aus dem Hause Güntner. Den krönenden Abschluss des Vortragsprogramms bot der Naturwissenschaftler und Politiker Prof. Dr. Ernst-Ulrich von Weizsäcker, der in seinem mitreißenden Bericht die Perspektiven der Technologie-Entwicklung in unserer Welt aufzeigte. Er forderte nicht weniger als eine technische Revolution, um die drängenden energie- und umweltpolitischen Herausforderungen in unserer Welt meistern zu können.

Attraktives Rahmenprogramm

Zum Güntner-Symposium gehören nicht nur Fachinfos, die im Rahmen der Vorträge und einer begleitenden Fachausstellung geboten wurden. Auch das gesellige Miteinander, um alte Kontakte zu pflegen und neue zu knüpfen, gehört zum Event traditionsgemäß dazu. Und die herrliche Bergregion rund um den Veranstaltungsort Zell am See bot die ideale Kulisse, damit das Symposium den Teilnehmern auch mit seinem perfekt organisierten Rahmenprogramm in Erinnerung bleiben wird. Ein gemütlicher Hüttenabend mit Livemusik auf einer Bergalm und ein Dinner auf der Burg Kaprun gehörten genauso zu den Highlights wie (wahlweise) eine Gondelfahrt zum Kitzsteinhorn, Quad- und Kartfahren im Gelände, eine kulinarische Stadtführung oder Bergwanderung mit deftiger Jause beim Biobauern. Man darf sich schon auf eine Fortsetzung des Güntner-Symposiums in zwei Jahren freuen.