Individuelle Optimierung von Kälteanlagen

Moderne Kühltechnik bei Ritter Sport

COP, EER und ESEER helfen, die Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz von Flüssigkeitskühlern zu vergleichen und sind damit eine Hilfe bei Investitionsentscheidungen. Doch die Wirtschaftlichkeit einer Kälteanlage hängt nicht nur vom einzelnen Flüssigkeitskühler ab, sondern vom Gesamtsystem, einschließlich der Regelung. Und wo die veröffentlichten Leistungswerte der Vergleichbarkeit zuliebe bei festgelegten Normbedingungen ermittelt werden, entsprechen diese angenommenen Bedingungen doch nur in äußerst seltenen Fällen den jeweiligen tatsächlichen Gegebenheiten. Der „Chiller System Optimizer“ von Carrier liefert eine Entscheidungshilfe auf der Grundlage der tatsächlichen individuellen Situation. Dies zeigt das Beispiel der Neugestaltung der Kälteanlage für das Ritter Sport-Werk in Waldenbuch.

Die Aufgabe: Modernisierung der Kältetechnik und R22-Ausstieg

Jeden Tag laufen bei Ritter Sport in Waldenbuch 2,5 Mio. Tafeln Schokolade vom Band.  Absolute Zuverlässigkeit bei Produktions- und Raumklimatisierung hat darum oberste Priorität, denn Schokolade schmilzt nicht nur in der Hand, wie jedes Kind weiß; sie braucht  kontrollierte Klimabedingungen bei der Produktion.

Der Großteil der Kälte wird gebraucht, um in den Produktionshallen eine konstante Raumtemperatur von 20 °C zu gewährleisten. Zum Vergießen der Schokolade wird Soleanwendung bis -2 °C benötigt. Die Rollen der Produktionsbänder müssen auf 10 °C gekühlt werden. Und schließlich werden für die Komfortklimatisierung von Verwaltungs- und Büroräumen zusätzlich ca. 300 bis 400 kW Kälteleistung gebraucht. Für diese Anforderungen sollte ein neues Konzept entwickelt werden, das die Modernisierung der alten Kälteanlage mit dem Ausstieg aus R22 verbindet.

Ritter Sport ist Vorreiter in Sachen Ökologie. Schon 1996 hat sich das Unternehmen als erstes in der Süßwarenindustrie ein Öko-Audit verordnet. Strom und Wärme werden im eigenen Blockheizkraftwerk in Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt. Dass die neue Lösung umweltgerecht und energieeffizient sein musste, war selbstverständlich.

Im Werk Waldenbuch waren die bestehenden Kältemaschinen dezentral aufgestellt und ihren verschiedenen Verbrauchern direkt zugeordnet. Von Carrier waren ursprünglich nur eine Schrauben- und eine Kolbenkältemaschine im Einsatz, ansonsten Fremdfabrikate. Die Gesamtanlage wurde vom Service-Team von Carrier betreut. Da man mit dessen Leistung sehr zufrieden war, wurde Carrier beauftragt, ein Angebot für die Modernisierung der Kälteanlage zu erarbeiten. Weitere Anforderungen neben der Energieeffizienz waren die Möglichkeit der Energieverschiebung, eine wirtschaftlich vernünftige Amortisationszeit sowie detailliertes Controlling und Monitoring aller Funktionen.

Zunächst musste geklärt werden, ob es günstiger sei, die bestehenden Maschinen auf ein alternatives Kältemittel umzurüsten. Dies wäre zwar kurzfristig kostengünstiger gewesen, als sie gegen neue, moderne Maschinen auszutauschen, hätte aber Einbußen in der Energieeffizienz gebracht, und Effizienz ist der Schlüssel zu niedrigen Lebenszykluskosten. Die Neugestaltung der Anlage kam zudem der Forderung nach einem einheitlichen System aus einer Hand entgegen.

 

Berechnung auf der Basis tatsächlicher Anwendungsbedingungen

Von vier geplanten dezentralen Kältezen­tralen wurden zwei inzwischen realisiert. Die Kältezentrale 1 besteht aus drei Carrier-Flüssigkeitskühlern vom Typ „Aquaforce“ (3 x „30XWP0562“, 477 kW) und einem bereits vorhandenen „Global Chiller“ („30HXC090“, 350 kW). Mit Hilfe des „CSO“ („Chiller System Optimizer“) wurden folgende Berechnungen angestellt:

Welche Anzahl von Kältemaschinen bietet die beste Lösung (besser eine große, zwei mittlere oder drei kleine)?

Soll die Bestandsmaschine als Schwachlast- oder als Spitzenlastmaschine eingebunden werden?

Es wurde eine Wirtschaftlichkeitsberechnung über den Energieverbrauch der Kältezentrale mit den neuen Maschinen erstellt anhand der aktuellen Wetterdaten der Region, des Kühllastprofils und der Teillastdaten der einzelnen Kältemaschinen.

Zum Vergleich wurde eine Wirtschaftlichkeitsberechnung über den Energieverbrauch der Kältezentrale mit den Bestandsmaschinen erstellt.

Die Investitionskosten für die Anschaffung der drei „Aquaforce“-Maschinen wurden der Amortisationszeit bei Reparatur der Bestandsmaschinen gegenübergestellt.

Der „CSO“ ermittelte die ideale Fahrweise der Gesamtanlage hinsichtlich Zu- und Abschaltung einzelner Maschinen und berechnete, ab wann die Leistungsaufnahme der Kalt- und Kühlwasserpumpen größer ist als der Gewinn über die verringerte Leistungsaufnahme der Kältemaschinen.

 

Einheitliche Sollwerttemperatur versus Splitting

Der alte Maschinenpark von Ritter Sport war auf eine einheitliche Sollwerttemperatur von -2 °C ausgerichtet, obwohl nur in einem einzigen Produktionsschritt, nämlich dem Vergießen der Schokolade, Soleanwendung bis -2 °C benötigt wird. Alle anderen Verbraucher haben das von ihnen benötigte Temperaturniveau nach oben gemischt. Mit Hilfe des „CSO“ wurde nun alternativ berechnet, die Kälteerzeugung auf 5/11 °C für ca. drei Viertel der Gesamtleistung einzustellen und nur für ein Viertel die -2 °C bereitzustellen. Die Analyse ergab, dass ein solches Splitting der Sollwerttemperaturen energetisch sinnvoller ist.

Auch für die Kältezentrale 2, in der zwei „AquaForce“-Wärmepumpen „30XWP1162“, (1091 kW), eine „30XWP1012“ (946 kW) und eine „30XWP1052“ (655 kW bei -2 °C) stehen, wurden Energieverbrauch und Wirtschaftlichkeit auf der Basis der aktuellen Wetterdaten mit dem aktuellen Kühllastprofil und den Teillastdaten der einzelnen Kältemaschinen ermittelt. Ebenso wurde die optimale Fahrweise der Gesamtanlage über den CSO erstellt.

Schließlich war die Frage zu beantworten, ob sich im Zuge der Sanierung der Kaltwasserzentrale auch eine Umrüstung der Rückkühlanlage lohnen würde. Der „CSO“ verglich den Energieverbrauch der Kältemaschinen in Verbindung mit den bestehenden Kühltürmen mit dem Energieverbrauch nach Umrüstung auf Trockenrückkühlwerke. Obwohl die Kältemaschinen in der Kombination mit Trockenrückkühlwerken mehr Energie verbrauchen, ergab sich aus der Berechnung die Empfehlung für die Umstellung. Grund ist, dass beim Betrieb von Kühltürmen hohe Kosten für Wasser und Wasseraufbereitung anfallen. Das Unternehmen entschied, diese Umrüstung erst in einigen Jahren vorzunehmen, da die Bestandskühltürme vor kurzem erst generalüberholt wurden.

 

Planungssicherheit gewonnen

Das neue Kältesystem erreicht einen System-EER von 7 bis 8, was einer Verdoppelung der Effizienz im Vergleich zu den alten Maschinen entspricht. Dazu trägt auch die Regelung über „Carrier Controls“ bei, die via BACnet in die Gebäudeleittechnik von Siemens eingebunden ist. Für das Monitoring steht den Technikern im Werk ein Webserver mit detaillierter Anlagenvisualisierung und Ferneinwahl zur Verfügung.

Ritter Sport hat mit der neuen Kälteanlage ein modernes Gesamtkonzept realisiert, in das die bewährte vorhandene Schraubenkältemaschine als Back-up-Lösung integriert wurde. Zur Optimierung dieses Konzepts haben die Berechnungen mit Hilfe des „Carrier System Optimizer“ wesentlich beigetragen – so ließen sich die Entscheidungen auf klare Daten stützen.

Der „CSO“ ermöglicht es, ein Gesamtsystem anhand der konkreten Einzelfalldaten zu überprüfen und zu optimieren. Er vergleicht Flüssigkeitskühler mit und ohne Freie Kühlung, hilft bei der Entscheidung zwischen luft- und wassergekühlten Maschinen. Er vergleicht auch die Kosten von Umrüstungen gegenüber der Neuanschaffung, wobei die Betriebskosten eine wesentliche Rolle spielen, da sie 70 % der Lebenszykluskosten der Maschine ausmachen gegenüber 15 % für die reinen Anschaffungskosten. Der „CSO“ identifiziert die beste Maschinenkombination und Regelung, berechnet also unter verschiedenen Varianten eines Investitionsvorhabens die wirtschaftlichste Lösung. Dabei wird stets mit den konkreten Daten des jeweiligen Anwendungsfalls gearbeitet, so dass wie bei Ritter Sport eine individuelle Lösung entsteht.


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