Eurovent Zertifizierung für
CO2-Gaskühler

Vorteile und Auswirkungen auf die Anlageneffizienz

Die Kältebranche befindet sich derzeit in einem Umbruch, der durch die internationale Gesetzgebung, insbesondere die EU- F-Gase-Verordnung 517/2014, vorangetrieben wird, um die Umweltauswirkungen von Kühlsystemen zu verringern. Die Folge davon ist der schrittweise Ausstieg aus den herkömmlichen HFKW-Kältemitteln, die durch komplexe synthetische Gemische (in vielen Fällen brennbar) oder, was am häufigsten vorkommt, durch natürliche Kältemittel wie Ammoniak, Kohlenwasserstoffe oder CO2 ersetzt werden. In diesem Artikel werden die Eckpfeiler der Eurovent Zertifizierung (HE-Programm) erläutert und die Vorteile für den Markt dargestellt, wobei der Schwerpunkt auf CO2-Gaskühlern und den Auswirkungen einer Unterdimensionierung auf die Gesamtanlageneffizienz liegt.

Insbesondere CO2 ist in den letzten Jahren fast zu einem neuen Standard für Kälteanlagen in Supermärkten und Logistikzentren geworden, zumindest in der Europäischen Union, wobei jedoch auch in den USA und anderen Märkten außerhalb der EU ein interessantes Wachstum zu verzeichnen ist. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, dem Markt die gleiche Qualität zu bieten, die bereits für Komponenten für konventionelle Kältemittel zur Verfügung steht.

Unter diesen Voraussetzungen hat das Eurovent Certita Certification (ECC), führend in der Zertifizierung von Produktleistungsdaten durch Dritte in den Bereichen Heizung, Lüftung, Klima- und Kältetechnik, ab 2019 sein Programm für Wärmeübertrager (WÜ) erweitert, das den Partnerherstellern die Möglichkeit gab, die Leistung ihrer CO2-Luftkühler zu zertifizieren, die zuvor nur für herkömmliche Kältemittel vorgesehen waren. Zwei Jahre später wurde das Programm auf CO2-Gaskühler ausgeweitet, die herkömmliche Verflüssiger ergänzen. Die Teilnahme an dem Programm basiert auf Freiwilligkeit – die Zertifizierungsprogramme stehen allen Herstellern und Händlern offen.

Eurovent Zertifizierung:
WÜ-Programm für CO2-Gaskühler

Die Eurovent Zertifizierung umfasst die ­Leistungszertifizierung von 40 verschiedenen Produkttypen für den HLK-Sektor, sowohl für Wohn- als auch für Industrieanwendungen.

Die Programme können in sieben Hauptkategorien unterteilt werden, entsprechend der jeweiligen Anwendung:

Lüftung & Raumluftqualität für Wohngebäude

Wärmekomfort für Wohngebäude

Wärmepumpen für Wohngebäude

Lüftung & Raumluftqualität für Gebäude

Wärmekomfort für Gebäude

Wärmepumpen für Gebäude

Kältetechnik & Prozesse

Die Kategorie Kältetechnik & Prozesse umfasst wiederum verschiedene Anwendungen:

Kaltwassersätze und Wärmepumpen

Wärmeübertragerblöcke

Kommerzielle Kältetechnik

Kühltürme

Tropfenabscheider

Wärmeübertrager

Präzisionskühlung

Das Programm der Wärmeübertrager (WÜ) befasst sich mit Ventilator betriebenen Wärmeübertragern (hauptsächlich lamellierte Wärmeübertrager) und beinhaltet die Zertifizierung von:

Rückkühlern

HFKW-Luftkühlern

HFKW-Verflüssigern

CO2-Luftkühlern (seit 2019)

CO2-Gaskühlern (seit 2021)

Die Zertifizierungsvorschriften sind für die Öffentlichkeit zugänglich und die offizielle Dokumentation kann von der ECC-Homepage heruntergeladen werden.

Im Wesentlichen soll mit dem Programm sichergestellt werden, dass die von den Herstellern in ihren Katalogen und in dem Auslegungsprogramm angegebenen Leistungen auch wirklich mit den tatsächlichen Leistungen der auf dem Markt erhältlichen Produkte übereinstimmen. Jedes Jahr wählt das ECC bei jedem Hersteller eine bestimmte, in den Zertifizierungsregeln festgelegte Anzahl von Geräten zur Prüfung aus. Die Stichproben müssen von den Herstellern hergestellt und an ein externes Labor geschickt werden, das damit beauftragt ist, die Geräte nach festgelegten technischen Normen zu prüfen.

In Bezug auf CO2-Gaskühler sind, die vom Hersteller zertifizierten und vom Labor geprüften Parameter wie folgt:

Thermische Leistung im transkritischen Betrieb (SC20)

Thermische Leistung im subkritischen Betrieb (SC25)

Luftvolumenstrom

CO2-Druckverlust im transkritischen Betrieb (SC20)

Leistungsaufnahme der Ventilatoren

Geräuschpegel (Schallleistung und Schalldruck @ 10 m)

In diesem Fall ist der TÜV SÜD, mit dem Kompetenzzentrum für Kälte- und Klimatechnik in Olching (Deutschland), für die Prüfungen zuständig.

Nachdem die Konformität des Geräts mit den angegebenen Daten überprüft wurde (Maßkontrolle: Abmessungen des Wärmeübertragers, Lamellenabstand, Ventilatordurchmesser, usw.), werden die Prüfungen nach DIN EN 327 und DIN EN 13487 durchgeführt. In den Tabellen 1 und 2 sind die Einzelheiten, der in der Norm festgelegten Prüfbedingungen, dargestellt.

Die Prüfergebnisse werden vom Labor an das ECC übermittelt, das diese mit den angegebenen Daten vergleicht. Nur wenn alle zertifizierten Parameter mit den angegebenen Werten übereinstimmen, ist die Prüfung bestanden.

Das ECC ist auch dafür zuständig, zu überprüfen, ob die in den Katalogen und in der Auswahlprogrammen der einzelnen Hersteller ausgewiesenen Angaben mit den für die Zertifizierung angegebenen Daten übereinstimmen. Wenn ein Test nicht bestanden wird, ist es zwingend erforderlich, die Leistung anhand der gemessenen Daten neu zu bewerten. Jede Zuwiderhandlung verstößt gegen die ECC-Vorschriften.

Um dem Markt nützliche Hinweise auch für andere, als die in der DIN EN 327 definierten Arbeitsbedingungen zu geben, wurden in Tabelle 3 zusätzliche Betriebspunkte zusammengestellt. Darin sind eine Reihe von Korrekturfaktoren festgelegt, die eine einfache Umrechnung von SC20 auf andere Betriebspunkte ermöglichen.

Auch wenn die Gaskühler nur nach den Standardkonitionen A5 (SC20 transkritisch) getestet werden, überprüft das ECC, dass die angegeben Leistung, unter verschiedenen Bedingungen in der Herstellersoftware, mit den festgelegten Korrekturfaktoren, übereinstimmt. Dies ist besonders wichtig, da in vielen Fällen die Betriebsbedingungen der verschiedenen Kälteanlagen je nach Aufstellort, Jahreszeit usw. von der in der DIN EN 327 definierten Standardbedingungen abweichen können.

Darüber hinaus ordnet das ECC jedem Gaskühler entsprechend der thermischen Leistung und der Leistungsaufnahme der Ventilatoren, nach festgelegten Vorgaben, eine Energieklasse zu (von E bis A+), die sich an den Bestimmungen der Europäischen Union für Haushaltsgeräte orientiert.

Der letzte wichtige Punkt, den es zu erwähnen gilt, ist, dass, seitdem das WÜ-Programm den „Certify All“-Regeln unterliegt, die Hersteller nicht berechtigt sind, nur einen Teil ihrer Produktpalette zu zertifizieren: Jedes auf dem Markt verfügbare Gerät, dessen Daten in Katalogen oder in den Auswahlprogrammen angegeben sind, muss Teil der Zertifizierung sein und in der vorgelegten Meldeliste an das ECC enthalten sein. Gleichzeitig müssen auch alle für die Zertifizierung deklarierten Geräte auf dem Markt erhältlich sein. Natürlich sind spezielle Regeln für den Umgang mit der Einführung neuer und der Ausmusterung alter Produkte klar definiert.

Auswirkungen einer überbewer­teten Leistung des CO2-Gaskühlers auf die Effizienz der Anlage

Versuchen wir nun zu untersuchen, wie sich eine Überbewertung des CO2-Gaskühlers auf die Effizienz einer Kälteanlage auswirkt, d.h. auf den jährlichen Energieverbrauch (und die damit verbundenen Kosten) des Systems.

Es wurden einige Simulationen durchgeführt, um die Effizienz des thermodynamischen Kreisprozesses zu ermitteln. Hierfür wurden einige theoretische Regeln und Erfahrungswerte berücksichtigt, um die thermische Leistung des Gaskühlers zu ermitteln. Nachfolgend die wichtigsten Annahmen für die Simulationen:

Zwei Temperaturniveaus:

Mitteldrucktemperatur (MT):
T0, MT = -8 °C; Q0, MT = 250 kW

Minustemperatur (LT):
T0, LT = -30 °C; Q0, LT = 100 kW

Umgebungstemperatur: 35°C

Maximaler Betriebsdruck: 95 bar

Gaskühlerleistung (SC20) = 490 kW

Stromkosten: 0,25 €/kWh

Wenn wir die Simulation unter der Annahme durchführen, dass die Auslegungsleistung mit der tatsächlichen Leistung des CO2-Gaskühlers übereinstimmt (Fall 1), erhalten wir die in Bild 2 und Tabelle 4 dargestellten Ergebnisse.

Welche Auswirkungen hat es, wenn die tatsächliche Leistung des Gaskühlers niedriger ist als der angegebene Wert? Um diese Frage zu beantworten, betrachten wir nun ein zweites Beispiel (Fall 2), bei dem der Hersteller beispielsweise einen Überdimensionierungsfaktor von 25 % angesetzt hat: Dies würde zu einer tatsächlichen thermischen Leistung führen, die niedriger als die ausgewiesene ist.

Wir gehen also von einer thermischen Leistung des Gaskühlers (SC20) von 370 kW anstelle von 490 kW aus (Bild 3 und Tabelle 5). In diesem Fall muss der Verdichter die fehlende Kapazität des Gaskühlers kompensieren, um den Nutzeffekt an den Verdampfern wie erwartet aufrechtzuerhalten. Insbesondere liegt der maximale Druck, den das System im Auslegungszustand erreicht, bei über 99 bar und damit um mehr als 4 bar höher als der maximale Auslegungsdruck.

Dieser Unterschied mag unbedeutend erscheinen, aber die Auswirkungen auf den Jahresverbrauch sind absolut nicht zu vernachlässigen, wie Tabelle 6 zeigt. Der jährliche Kostenanstieg bei einer um 25 % geringeren Gaskühlerkapazität als ausgewiesen beträgt daher etwa 15.600 €, was bei einer 10-jährigen Lebensdauer 156.000 € ergibt. Je größer der Unterschied zwischen der ausgewiesenen und der tatsächlichen Gaskühlerleistung ist, desto größer sind natürlich auch die Auswirkungen auf den Verbrauch der Anlage.

Da es auf dem Markt für CO2-Gaskühler viele verschiedene Hersteller gibt, deren Zuverlässigkeit prinzipiell nicht bekannt ist, wird die Notwendigkeit eines unabhängigen Zertifizierers nicht nur aus wirtschaftlicher Sicht (erhöhte Betriebskosten für die Anlagenbetreiber), sondern auch aus ökologischer Sicht (höherer Energieverbrauch, d.h. höhere CO2-Emissionen) sehr deutlich.

Zusammenfassung

Heutzutage fällt die Entscheidungen bei der Planung von mittelgroßen und großen Kälteanlagen häufig für CO2 als Kältemittel aus, da es effiziente Wärmeübertragungseigenschaften mit einer geringen Umweltbelastung verbindet. Um zu vermeiden, dass CO2-Anlagen nur als „Greenwashing“ eingesetzt werden, ist es wichtig, dass alle Komponenten der Anlage einschließlich der Wärmeübertrager effizient ausgelegt sind und ordnungsgemäß funktionieren.

Das Eurovent-Gütesiegel ist eine Garantie hierfür und bescheinigt die Zuverlässigkeit der Leistung von CO2-Wärmeübertrager, deren Bedeutung anhand der thermodynamischen Simulationen in diesem Beitrag erläutert wird. Da die Zukunft der CO2-Anlagen sicherlich vielversprechend ist, ist die Verbreitung von zertifizierten Produkten von grundlegender Bedeutung. Das ist der Grund für das gegenwärtige und zukünftige Engagement von Eurovent Certita Certification im CO2-Bereich.

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