Ist Kälte ein entscheidender Energiekosten-Faktor?
Durchschnittlich macht der Energiebedarf von Kältesystemen bei Dienstleistungsunternehmen und Sachgüterproduktion 10 bis 14 Prozent des Gesamt-Stromverbrauchs aus. In der Milchverarbeitung sind es 25, bei der Süßwarenherstellung 40 und bei Kühllagern rund 90 Prozent.
Der Anteil von Kälte an den Energiekosten ist aus folgenden Gründen gestiegen:
Mehr Angebot gekühlter und tiefgekühlter Lebensmittel: Dies führt zu einem erhöhten Kühlbedarf entlang der gesamten Lieferkette – von der Produktion bis zum Einzelhandel.
Wachsender Bedarf an Raumklimatisierung: Neben höheren Komfortansprüchen ist ein Grund auch der vermehrte Wärmeeintrag bei Sonne wegen großer Glasflächen, außerdem steigt in Folge des Klimawandels die Zahl der Hitzetage und Tropennächte.
Kühlbedarf EDV: Server benötigen rund um die Uhr nicht nur Strom, sondern auch Kühlenergie.
Wie groß ist das Einsparpotenzial bei Kältesystemen?
Der Energiebedarf von Kälteanlagen kann nachhaltig reduziert werden – durch technische Investitionen um bis zu 40 Prozent, mit einfachen Maßnahmen ohne Investitionsbedarf immerhin auch um bis zu 15 Prozent.
Welche nicht-investiven Maßnahmen bieten sich an?
Auch ohne (nennenswerten) Investitionsaufwand können bei der Kälteversorgung merklich die Energiekosten gesenkt werden:
Nicht genutzte Kühlgeräte und -räume ausschalten.
Die Kühlraumtemperatur sollte nicht tiefer als erforderlich sein: Für -18 °C Kühlraumtemperatur braucht man 25 Prozent weniger Energie als für -23 °C.
Den Wärmetauscher des Kühlgeräts sauber halten und dafür sorgen, dass Wärme ungestört abgeführt werden kann. Hier sind bis zu 15 Prozent Energieeinsparung möglich.
Um Wärmeeintrag zu verhindern, sind unter anderem die Türdichtungen zu überprüfen. Offenen Kühlmöbel über Nacht abdecken. Bei Geräten mit Luftschleier ist darauf zu achten, dass der Luftschleier nicht durch falsch gestapelte Waren, Ventilatoren oder andere Zugluft-Quellen unterbrochen und damit die Leistung beeinträchtigt wird.
Bei Kühlräumen helfen automatische Türschließer oder Streifenvorhänge, dass keine Kälte entweichen kann. Auch eine energieeffiziente Beleuchtung verhindert Wärmeeintrag, außerdem ist Licht auf ein notwendiges Minimum zu reduzieren – etwa durch den Einsatz von Bewegungsmeldern
Die Kühlgeräte von Wärmequellen, auch vor Sonneneinstrahlung, fernhalten.
Wie wird Kälte erzeugt?
Kompressor-Kühlgeräte sind in Haushalten wie im betrieblichen Sektor die gängigsten Kühlmöbel. Sie benötigen elektrische Energie für den Kompressor, der ein gasförmiges Kältemittel verdichtet und dadurch erwärmt. Im Verflüssiger – den schwarzen Kühlschlangen an der Rückseite des Geräts – wird die Wärme an die Umgebung abgegeben, wobei das Kältemittel kondensiert, um im Inneren des Kühlschranks wieder zu verdampfen. Dafür entzieht es der Umgebung Wärme entzieht.
Kältemaschinen stellen eine ausgereifte, langlebige und robuste Technologie dar, die niedrige Energieausgaben mit sich bringt, allerdings sind sowohl die anfänglichen Investitionskosten wie auch der Platzbedarf größer. Bei ihnen dient Wärme als Energiequelle. Steht in einem Unternehmen ausreichend Abwärme zur Verfügung, bietet sich diese als beinahe kostenlose Energiequelle an.
Absorptionskältemaschinen erreichen hohe Leistungszahlen, sofern Wärme von über 90° C zur Verfügung steht.
Adsorptionskältemaschinen können sie mit niedrigeren Temperaturen ab 65° C betrieben werden.
DEC-Anlagen nutzen Wärme zur Raumluftkonditionierung. Diese Lüftungsanlagen basieren auf dem Prinzip der Verdunstungskühlung und kommen dann zum Einsatz, wenn in den Sommermonaten kühle Luft für die Klimatisierung von Räumen benötigt wird.
Systemkomponenten einer Anlage mit Absorptionskältemaschine. Die Heizenergie kommt über einen Hochleistungs-Solarkollektor oder einen Abwärme-Wärmetauscher. Wenn Oberflächenwasser verfügbar ist, kann die Rückkühlung über einen Wärmetauscher erfolgen, ansonsten über Kühlturmsysteme.
DEC-Anlagen nutzen Solarthermie oder Abwärme konditionierten Frischluftversorgung von Gebäuden. Außenluft wird mittels Sorptionsrad getrocknet und erwärmt, anschließend gekühlt und befeuchtet, um die gewünschte Raum-Zuluft-Temperatur zu erreichen. Aus der Abluft wird Wärme wieder rückgewonnen.
Sowohl für Gebäudekühlung als auch für Kühlhäuser bringt die Nutzung von Sonnenenergie den Vorteil, dass der höchste Kühlbedarf dann gegeben ist, wenn die Solarstrahlung am stärksten ist.
Solarthermie kann direkt für thermische Kältemaschinen eingesetzt werden. Für Zeiten ohne ausreichend Sonneneintrag ist es notwendig, Energie-Reserven zu speichern:
Kurzfristig kann Wärme in Pufferspeichern zwischengelagert werden, außerdem kann auch das bestehende Heizsystem für Perioden mit zu wenig Ertrag aus Solarpanelen eingebunden werden (Wärmeseitiges Backup-System).
Ergänzend zu thermischen Kältemaschinen dienen auch konventionelle Kompressor-Kühlgeräte als Ausfallsreserve und zur Spitzendeckung bei zu wenig Sonneneintrag (Kälteseitiges Backup-System).
Bei Photovoltaik-Anlagen kann der selbst produzierte Strom unmittelbar für elektrisch betriebene Kälteerzeuger eingesetzt werden, beispielsweise für…
Split-Klimageräte (Raumkühlung)
Wärmepumpen mit Kühlfunktion (Raum-/Gebäudekühlung)
Konventionelle Kompressionskältemaschinen (Gebäudekühlung, Gewerbe- und Industriekälte)
Kälte als Speicher
Große Kühlhäuser sind auch als Speicher für die effiziente Nutzung von selbst produzierter Öko-Energie einzusetzen: Mit Überschuss-Strom kann die Temperatur etwa auf minus 22 Grad abgesenkt werden. Wenn die hauseigene Anlage weniger Strom liefert, lässt die automatische Steuerung einen Anstieg bis auf minus 18 Grad zu – die Temperatur bleibt immer im Rahmen der strengen Vorgaben des International Food Standard.
Temperaturen
Bei größeren Kälteanlagen helfen automatische Abschaltungen, teure Lastspitzen zu vermeiden. Allerdings darf die Temperatur nicht über folgende Werte sinken:
+10 °C für Butter, (Frisch-)Käse, Obst, Gemüse
+5 °C für Milch, Rahm, gekochte Fleischwaren
+2 °C für Fisch, Fleisch, Geflügel, Wild
-18 °C für Tiefkühlprodukte. Auch beim Abtauen darf die Temperatur auf höchstens -15 °C ansteigen.
Passive Kühlung
Auch ohne Energieeinsatz zur Kälteerzeugung bietet sich eine Reihe an Möglichkeiten zur Kühlung – so etwa Verschattung im Sommer, Fassadenbegrünung oder eine (automatisierte) Nachtlüftung.
In der kalten Jahreszeit kann Frischluft zum Teil gänzlich den Einsatz von Kältemaschinen ersetzen: Free Cooling eignet sich beispielsweise in den Wintermonaten für die effiziente Klimatisierung von Serverräumen.
Der Technologieschwerpunkt Kältesysteme von klimaaktiv bietet einen Überblick zum Thema samt Fact Sheet, Leitfaden für Energieaudits und Good Practice-Beispielen.
Aus der Publikationsreihe Business for Climate widmet sich eine Ausgabe dem Kühlen mit Sonnenenergie und Abwärme – hier finden sich wichtige Tipps und praktische Beispiele, wie Unternehmen von Klimaschutz und Energieeffizienz auch ökonomisch profitieren können.
