Zukunftssichere Kühlung für den Einzelhandel

Interview mit Eric Winandy zur neuen CO2-Scroll-Verdichtertechnologie von Copeland

Mit „The New Cool“ verspricht Emerson dem Lebensmittel-Einzelhandel nicht weniger als eine Neuerfindung der CO2-Kühlung, die erhebliche Vorteile in Bezug auf Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit mit einer geringeren Systemkomplexität verbindet. Eric Winandy, Director OEM Solutions Development and Sales, erläutert die Details, insbesondere der Dynamic Vapor Injection (DVI) und der neuen Steuerung.

KKA: Emerson hat großen Forschungs- und Entwicklungsaufwand betrieben, um nachhaltige Kühlung mit der Copeland-Scroll-Technologie für transkritische CO2-Kältesysteme voranzutreiben. CO2 selbst ist seit Jahrzehnten als Kältemittel etabliert, was ist also tatsächlich neu an „The New Cool“?

Winandy: Dies ist wirklich ein großer Technologiesprung. Kurz gesagt, beseitigt unsere neue Technologie die Komplexität, die bisher mit CO2-basierten Kältesystemen verbunden war, macht sie einfacher zu handhaben und senkt die Kosten. Das macht das natürliche Kältemittel nicht nur erschwinglich, sondern legt auch den Grundstein für flexible, zukunftssichere CO2-Kältesysteme, die die gesetzlichen Anforderungen erfüllen und einen besonders nachhaltigen Betrieb in allen Klimazonen ermöglichen. Alle Marktteilnehmer profitieren von der drastisch reduzierten Systemkomplexität, die „The New Cool“ mit sich bringt: Erstausrüster (OEM) können einfache und kosteneffiziente CO2-Booster-Systeme entwickeln, Installateure werden mit der neuen CO2-Systemarchitektur viel leichter zurechtkommen und Endverbraucher erhalten eine zukunftssichere Technologie mit optimaler Energieeffizienz, unabhängig vom Klima.

KKA: Worin unterscheidet sich Ihre CO2-Technologie von anderen?

Winandy: Der Hauptunterschied ist der Einsatz einer neuen Generation von Scroll-Verdichtern, die die in der kommerziellen CO2-Kühlung üblicherweise verwendeten Hubkolbenverdichter ersetzen. Unsere neu entwickelten Verdichter sind mit einer innovativen Einspritztechnologie für das Flash-Gas-Management ausgestattet, die wir Dynamic Vapor Injection (DVI) nennen. Ergänzt wird sie durch eine moderne Elektronik, deren Herzstück der neue Copeland-Regler XC Pro ist, den wir speziell für CO2-Scroll-Booster-Anwendungen entwickelt haben.

Diese Kombination bringt zahlreiche Vorteile mit sich. DVI macht einen separaten, parallelen Kompressor überflüssig und ermöglicht eine geringere Stellfläche sowie ein geringeres Gewicht des Racks. Das wiederum erleichtert die Konstruktion von CO2-Booster-Systemen und ihre Installation im urbanen Umfeld – etwa bei Einzelhandelsgeschäften inmitten bestehender Strukturen, die nur über ein stark limitiertes Platzangebot für Technikflächen verfügen. In solchen Umgebungen kommt ein weiterer Vorteil zum Tragen: Durch den kontinuierlichen Verdichtungsprozess laufen unsere CO2-Scroll-Kompressoren auch wesentlich ruhiger und leiser als Hubkolbenkompressoren und erzeugen nur geringe Geräuschemissionen, die durch das Gehäusedesign weiter reduziert werden. Das extrem niedrige Vibrationsniveau unserer Scroll-Kompressoren schließt zudem die Gefahr von Rohrleitungsbrüchen aus – ein technischer Vorteil, der für alle Anlagen gilt, unabhängig vom Standort.

Erwähnenswert ist in diesem Zusammenhang auch, dass unsere CO2-Scroll-Lösungen vollständig mit der Wärmerückgewinnung durch die XC Pro-Steuerung kompatibel sind und damit die Möglichkeit bieten, die für die Brauchwassererwärmung oder Beheizung des Ladenlokals erforderliche Energie zu liefern. Das führt zu erheblichen Energieeinsparungen und ist deshalb ein wichtiges Argument für Ladenbesitzer.

KKA: Sie haben die Technologie Dynamic Vapor Injection als eine der wesentlichen Innovationen hervorgehoben. Wie genau verbessert sie in Verbindung mit dem Scroll-Verdichter das Flash-Gas-Management?

Winandy: Bei der dynamischen Dampfeinspritzung wird Flash-Gas direkt in die Zwischenstufe des kontinuierlichen Verdichtungsprozesses des Scroll-Verdichters eingespritzt, während der Regler den Einspritzdruck anpasst, um die Systemleistung zu optimieren. Um zu verhindern, dass das eingespritzte Gas in den Flash-Tank zurückfließt, haben unsere Ingenieure eine Lösung mit einem speziellen Rückschlagventil entwickelt. Vergleichen Sie das einmal mit der halbhermetischen Verdichtung: Dort wird das Flash-Gas entweder auf der Saugseite eingespritzt, was einfach, aber weniger effizient ist. Oder das Flash-Gas wird durch einen zusätzlichen parallelen Kompressor verwaltet, was effizient, aber auch teurer ist. Mit unserer DVI-Technologie ist kein zusätzlicher Parallel-Kompressor für die Handhabung des Flash-Gases erforderlich und die Effizienz ist sogar noch höher. Dank dieser vereinfachten Architektur können wir CO2-Flash-Gas sehr kostengünstig und effizient verdichten, sodass sich ein einziges Systemdesign in allen Klimazonen einsetzen lässt.

KKA: Inwieweit ergeben sich durch den Wegfall der Parallel-Verdichtung und die geringere Komplexität neue Möglichkeiten für die Systemauslegung? Können Sie Beispiele nennen?

Winandy: Denken Sie zum Beispiel an einen Erstausrüster. Mit unserer Technologie muss er nur ein einziges Systemdesign für alle Klimazonen entwickeln, weil der Vorteil der parallelen Kompression in unsere DVI-Technologie integriert ist. Durch den Wegfall des Parallel-Kompressors und seines Antriebs benötigt er auch weniger Systemkomponenten wie etwa die zugehörigen Rohrleitungen, Wärmeübertrager, Druckschalter und die Ölregelung. Dadurch sinken sowohl die Entwicklungs- als auch die Materialkosten. Der Verwaltungsaufwand ist ebenfalls geringer, weil der Erstausrüster weniger Angebotsspezifikationen, weniger Rohrleitungs- und Instrumentierungspläne, weniger Angebote von Lieferanten, weniger zu bestellende Teile und weniger Wartungspläne benötigt. Er muss nur aus einer kleinen Anzahl perfekt aufeinander abgestimmter Komponenten auswählen, um eine breite Palette von Planungsoptionen für alle Anwendungsbereiche anbieten zu können. Diese Art der Standardisierung erleichtert aber nicht nur Erstausrüstern die Systemplanung – letztlich kommt sie auch den Installateuren und den Einzelhändlern zugute.

KKA: Ihre neu entwickelte CO2-Scroll-Technologie ersetzt die in CO2-Boostersystemen weitverbreitete Kolbenkompression. Welche spezifischen Vorteile verbinden sich damit, abgesehen von den Kosten und der Effizienz?

Winandy: Unsere Scroll-Verdichter arbeiten mit der doppelten Geschwindigkeit von Hubkolben-Verdichtern und liefern mehr Leistung gemessen am Volumen. Der Platzbedarf eines Scroll-Kompressors ist etwa halb so groß wie der eines entsprechenden halbhermetischen Kompressors. In Verbindung mit dem Wegfall des Parallel-Kompressors kann der Erstausrüster die Größe des Booster-Racks reduzieren und so mehr Verkaufsfläche für die Endkunden schaffen.

KKA: Welche Vorteile bietet der Einsatz dieser CO2-Scroll-Technologie bei Ihren neuen, in Kürze auf den Markt kommenden Verflüssigungssätzen?

Winandy: Emersons neues Sortiment an Verflüssigungssätzen setzt das Potenzial der Copeland CO2-Scroll-Technologie in praktische Vorteile für den Einzelhandel um. Dank des geringen Gewichts, der kompakten Abmessungen und des modularen Konzepts lassen sich die Geräte sehr flexibel planen und installieren. Durch diese Eigenschaften eignen sie sich besonders für städtische Umgebungen sowie für Renovierungen, bei denen der Platz begrenzt ist.

Darüber hinaus entsprechen sie den Forderungen nach einer hohen Energieeffizienz. Ergänzend zur DVI-Technologie und den neuen Steuerungen tragen drehzahlgeregelte Verdichter mit speziellen hocheffizienten, bürstenlosen Permanentmagnetmotoren (BPM) und Frequenzumrichtern ebenfalls zur Minimierung des Energieverbrauchs bei. Der Einsatz dieser Motoren ermöglicht einen weiten Bereich der Leistungsregelung und die Anpassung des Systems an den sich ändernden Kühlbedarf durch reduzierte Ein- und Ausschaltzyklen. Auf diese Weise arbeitet das System unabhängig von den täglichen Lastschwankungen und den Jahreszeiten stets mit optimaler Effizienz.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist der Beitrag, den diese Verflüssigungssätze zum Erreichen der Nachhaltigkeitsziele leisten. Dank ihrer hohen Energieeffizienz erfüllen sie die europäische Ökodesign-Richtlinie und sind durch den Einsatz des natürlichen Kältemittels CO2 nicht von der F-Gas-Verordnung betroffen. Für den Handel schafft das Rechtssicherheit und Zukunftsfähigkeit.

KKA: Im Zusammenhang mit „The New Cool“ betonen Sie auch, dass sich Ihre neuen CO2-Scroll-Verflüssigungssätze selbst in den wärmsten Klimazonen einsetzen lassen und den unterbrechungsfreien Betrieb bis zu einer Umgebungstemperatur von 44 Grad Celsius garantieren. Wie stellen Sie das technisch sicher?

Winandy: Die hohe Betriebszuverlässigkeit unserer CO2-Scroll-Produkte erreichen wir durch die Kombination der dynamischen Dampfeinspritzung mit fortschrittlichen Reglern, die einen einfachen, sicheren und zuverlässigen CO2-Betrieb in allen Klimazonen ermöglichen. Unser neues Steuerungskonzept umfasst einzigartige Funktionen wie Hüllkurvensteuerung und Fehlererkennung sowie Diagnosefunktionen, die den sicheren Betrieb gewährleisten und das Risiko des Lebensmittelverderbs verringern. Und dass die Kühlgeräte über hohe Stillstandsdrücke verfügen, bietet Betreibern zusätzliche Sicherheit sowie einen Zeitpuffer während Stillstandszeiten. Nicht zuletzt ermöglicht der Einsatz unserer DVI-Technologie den Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen und macht ein adiabatisches Kühlsystem überflüssig.

KKA: Ein weiterer Aspekt, den Emerson in Bezug auf die Verflüssigungssätze hervorhebt, ist das modulare Designkonzept. Worauf bezieht sich das genau?

Winandy: Es ist unsere Antwort auf die Herausforderungen, mit denen Einzelhändler konfrontiert sind, zum Beispiel in urbanen Gebieten, wo sie mit anspruchsvollen Installationsbedingungen, Platzmangel und strengen Lärmvorschriften zu kämpfen haben. Die Copeland CO2-Scroll-Technologie von Emerson wurde mit besonderem Augenmerk auf kleine und mittelgroße Supermärkte entwickelt, um sicherzustellen, dass die Geräte leicht, kompakt und für einen geräuscharmen Betrieb optimiert sind. Um die Flexibilität zu maximieren, ermöglicht unser Konzept die Installation von Kühl­einheiten im Ganzen oder aufgeteilt, im Innen- oder Außenbereich. Ein Gaskühler, der sich horizontal, vertikal oder freistehend aufstellen lässt, eröffnet weitere Installationsalternativen. Zusammengenommen ergeben die Optionen, die unser modulares Aufstellungskonzept bietet, ein Maximum an Flexibilität bei der Gebäudeintegration.

KKA: Sie bieten Ihre Technologie auch als Komplettlösung aus Verdichter, Frequenzumrichter und Elektronik an. Anlagenhersteller arbeiten in der Regel aber bereits mit einem speziellen Elektroniklieferanten beziehungsweise Systemcontroller – was haben sie also davon?

Winandy: Die XC-Pro-Systemsteuerung ist einer der Hauptvorteile dieses CO2-Lösungspakets für OEMs, da sie eine Plug-and-Play-ähnliche Lösung mit vorkonfigurierten und vorgeprüften Komponenten ermöglicht. Alle integrierten Komponenten, zum Beispiel die Scroll-Verdichter mit DVI und deren Frequenzumrichter, sind von Emerson aufeinander abgestimmt, um eine schnellere Markteinführung zu ermöglichen, während Komponenten wie das Hochdruck- oder Bypass-Ventil – um nur einige zu nennen – bereits für ein effizientes und zuverlässiges Zusammenspiel optimiert sind, das von der XC-Pro-Systemsteuerung verwaltet wird. Dadurch entfällt die zeitaufwendige Konfiguration des Systemcontrollers mit den Systemkomponenten, was die Entwicklungszeit für den Erstausrüster erheblich reduziert. Darüber hinaus lässt sich der Systemcontroller problemlos in das Gebäudemanagementsystem eines jeden Supermarkts integrieren.

KKA: Verbindet sich mit Ihrer neuen Technologie auch eine grundlegende Änderung im Portfolio von Emerson für die gewerbliche Kältetechnik, die den Schwerpunkt von Propan auf CO2 verlagert oder sogar ganz auf Propan verzichtet?

Winandy: In der gewerblichen Kältetechnik gibt es keine Universallösung. Kälteanwendungen können sehr unterschiedlich sein, je nach Ladenformat und Systemarchitektur, Klima, Nachbarschaftsproblemen, vorhandenen Kompetenzen und Strategien. Deshalb unterstützen wir alle Kunden unabhängig vom Kältemittel – unser Ziel ist es, ihnen eine zuverlässige, effiziente und zukunftssichere Lösung zu bieten, die alle gesetzlichen Anforderungen in Bezug auf Nachhaltigkeit erfüllt. Das nicht entflammbare R744 kombiniert günstige Eigenschaften wie ein niedriges Treibhauspotenzial (GWP) und eine geringe Toxizität mit einem hohen Wärmeübergangskoeffizienten. Aber auch R290 bietet viele Vorteile wie einen niedrigen Betriebsdruck und eine hohe Effizienz. Daher wird unser Portfolio weiterhin sowohl CO2- als auch Propan-Produkte enthalten. Beides sind praktikable Optionen für eine nachhaltige Kühlung. Die Auswahl des geeigneten Kältemittels muss jedoch immer auf die Anforderungen des Kunden zugeschnitten sein. Langfristig werden alle Marktteilnehmer auf Kältemittel mit einem niedrigen GWP umsteigen müssen.

KKA: Sie haben bereits die Vorteile von CO2 als natürlichem Kältemittel erläutert. Erfüllt Ihre Technologie bei Verflüssigungssätzen auch die wachsenden Nachhaltigkeitsanforderungen in anderen Bereichen?

Winandy: Ja, das tut sie. Unsere neuen Verflüssigungssätze heben Nachhaltigkeit tatsächlich auf ein neues Niveau. Sie nutzen intelligente Elektronik zur Steigerung der Energieeffizienz, indem sie die Kühlleistung kontinuierlich an den tatsächlichen Bedarf anpassen. Die Wärmerückgewinnungs-Option ist eine weitere wichtige Möglichkeit zum Reduzieren des Energiebedarfs: Durch die Rückgewinnung von Energie, die sonst verschwendet würde, und ihre Nutzung zum Heizen oder für die Warmwasserversorgung des Supermarktes trägt sie dazu bei, seinen Gesamtenergiebedarf zu senken. Unsere Bemühungen gehen aber über den CO2-Fußabdruck hinaus. Die neuen CO2-Verflüssigungssätze tragen nicht nur zur Senkung des Stromverbrauchs bei, sondern reduzieren auch die Lärmemissionen. Der Vorteil der geringen Vibrationen und des niedrigen Geräuschpegels der Scroll-Verdichter wird durch eine spezielle Schalldämmung des Gehäuses noch verstärkt. Auch die neueste Generation von EC-Ventilatoren trägt dazu bei, die Geräuschemissionen niedrig zu halten. Und schließlich gewährleisten die Redundanz von Verdichtern und Ventilatoren, die intelligente Steuerung mit Fehlererkennung und die Kommunikation mit dem Gebäudemanagementsystem einen zuverlässigen Betrieb rund um die Uhr. All das trägt dazu bei, die Lebensmittelqualität auf einem hohen Niveau zu halten und das Verderben von Lebensmitteln zu vermeiden.

KKA: Wann werden Ihre neuen CO2-Verdichter und Verflüssigungssätze auf dem Markt verfügbar sein?

Winandy: Die Einführung unserer Copeland-CO2-Scroll-Verdichter hat in Europa bereits begonnen. Sie wird schrittweise auf die ganze Welt ausgedehnt. Unser neues Portfolio von Verflüssigungssätzen mit DVI-Technologie und intelligenter Elektronik wird bald kommerziell angeboten und auf den europäischen Markt beschränkt sein.

KKA: Ein Blick in die Zukunft: Inwieweit ist Ihre Technologie darauf vorbereitet, der Kälteindustrie Digitalisierungspotenziale zu erschließen, etwa durch IoT und cloudbasierte Datenanalyse?

Winandy: Die Digitalisierung ist bereits ein wesentlicher Bestandteil von „The New Cool“. Unser Ziel ist es, den Kunden Systemlösungen zu bieten, die sich schnell, einfach und produktiv mit maximaler Zuverlässigkeit und Effizienz bedienen, überwachen und warten lassen. Das bedeutet für uns, Betriebsdaten der Anlage und ihrer Komponenten zu sammeln, zu analysieren und auszuwerten, um Maßnahmen zur Verbesserung der Anlageneffizienz zu ergreifen. Wir sind IoT-ready und stellen Daten offen und herstellerunabhängig zur Verfügung.

Emerson ist für diese Aufgabe gut gerüstet. Wir konstruieren und fertigen nicht nur Komponenten, sondern entwickeln auch die Steuerungen und Algorithmen, die erforderlich sind, um aus bloßen Daten verwertbare Informationen zu machen. Für uns ist die Digitalisierung letztlich ein Mittel, um die Leistung und Zuverlässigkeit der Kühlsysteme unserer Kunden kontinuierlich zu verbessern und ihnen zu helfen, ihre Geschäftsziele zu erreichen.

KKA: Herzlichen Dank für das Gespräch.

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