Nachbericht: „Kältetechnik – Wo geht es hin?“

„Kältetechnik – Wo geht es hin?“
Duschl Ingenieure – Vortragsreihe – Nachbericht

Referent: Philipp Helmgens, M.Eng., Duschl Ingenieure

Foto von links nach rechts: Andreas Duschl mit Referent Philipp Helmgens

Seit Jahren nehmen die Bedeutung und die Komplexität von Kältetechnik in der Gebäudeausrüstung zu. Allein in Deutschland gingen im Jahr 2017 ca. 12 % des verbrauchten Stroms in die Bereitstellung von Kälte.

Wie kommt es zu dem Anstieg? An diesem Vortragsnachmittag hat Herr Helmgens die Ursachen für den stetigen Anstieg des Bedarfs an Kälteerzeugung beleuchtet.

Gründe für den Anstieg sind:

• Mehr und präziserer Kältebedarf in Technik und Industrie
• Veränderungen von Bau-, Arbeits-, und Lebensstilen
• Längere und stärkere Hitzeperioden wegen des Klimawandels

Zu Beginn des Vortrags erläuterte Herr Helmgens die grundlegende Bedeutung von Kälte. Nach Definitionen der Physik und Thermodynamik gibt es keine „Kälte“, sondern nur die Abwesenheit von Wärme. Dennoch ist der Begriff Kälte ein feststehender Begriff in der Technik, welcher oftmals die Wärmeübertragung, die unterhalb der Umgebungstemperatur stattfindet, beschreibt.

Warum wird eine Kältemaschine benötigt um die Bereitstellung von „Kälte“ zu ermöglichen? Wärme geht niemals von selbst von einem Körper niederer Temperatur zu einem Körper höherer Temperatur über (2. Satz der Thermodynamik). So ist es z. B. nicht möglich, dass ein Gebäude sich „von selbst“ abkühlt, wenn innerhalb des Gebäudes eine Raumtemperatur von 28 °C und außerhalb des Gebäudes eine Außentemperatur von 32 °C vorliegt. Um ein angenehmes Raumklima zu schaffen wird somit Kältetechnik benötigt.

Im weiteren Verlauf des Vortrags wird näher auf die Bedeutung von Kälte in Technik und Industrie eingegangen. Beispielsweise wird Kälte in der Medizin benötigt, um Magnetresonanztomographie zu ermöglichen und um Blutkonserven zu lagern. Im Zuge der Digitalisierung wird zudem immer mehr Kälte für die Kühlung von Rechenzentren benötigt. Durch den verstärkten Einsatz von Leichtbauweise in der Baubranche sinken die Speichermassen von Gebäuden, sodass auch hier mehr Kälte für den Ausgleich von Hitzeperioden im Sommer benötigt wird. Zusätzlich führen die höheren Belegungsdichten in den Städten zu erhöhten Temperaturen. Letzteres wird durch den Klimawandel unterstützt. Anhand einer Grafik zeigte Herr Helmgens, dass sich die Anzahl der heißen Tage (Lufttemperatur größer 30 °C) in Deutschland seit 1950 von durchschnittlich zwei auf zehn Tage verfünffacht hat.

Im Hinblick auf die Auswirkungen des Klimawandels und den Ressourcenverbrauch, wurde im Vortrag näher auf die Auswahl und Entwicklung der Kältemittel eingegangen. Die in der EU wirksame F-Gase-Verordnung beinhaltet einen Phase-Down, welcher eine schrittweise Reduktion der CO₂-Äquivalente von Kältemitteln vorschreibt. Mitunter aus diesem Grund werden bisher verwendete Kältemittel teurer bzw. verboten und es müssen Kältemittel mit niedrigerem CO₂ –Äquivalent genutzt werden. Eine zusätzliche Schwierigkeit, die der Klimawandel mit sich bringt, ist die Rückkühlung, welche durch erhöhte Außentemperaturen ineffizienter wird.

Im nächsten Abschnitt des Vortrags wurde die Funktion der Kältetechnik erklärt. Es gibt passive Systeme, wie z. B. Kühlung durch Brunnen-/Erdkälte, Nachtauskühlung und adiabate Kühlung, sowie aktive Systeme – die Kältemaschine. Passive Systeme arbeiten ohne Kältemaschine und ohne Kältemittel; sie haben einen geringen Energieverbrauch und sind nur bedingt einsetzbar. Sie sollten aus Sicht der Nachhaltigkeit (soweit umsetzbar) den aktiven Systemen vorgezogen werden, um diese möglichst klein zu halten oder ganz zu vermeiden.

Ein Kältesystem besteht aus mehreren Teilsystemen mit vielen Optimierungsmöglichkeiten. Um ein effizientes Kältesystem zu erhalten, müssen alle Teilsysteme und deren Zusammenwirken berücksichtigt werden.

Im letzten Abschnitt des Vortragsnachmittags wurde beispielhaft, anhand des mit dem Chillventa-Award 2018 ausgezeichneten Projekts „Auf Hocheffizienz optimiertes Kältesystem in einem Folienextrusionsbetrieb“, näher auf aktuelle Entwicklungen in der Kältetechnik für die Industrie eingegangen. Hierbei zeigte Herr Helmgens, wie in enger Abstimmung mit den Projektbeteiligten, vorrausschauender Planung und systemübergreifender, iterativer Optimierung ein ressourcenschonendes Kältesystem mit hoher Kosten-Nutzen-Effizienz für den Bauherrn entstehen kann.

Nächster Termin unserer Vortragsreihe: 06.06.2019
„Wir spielen Kabelverstecken“
Referenten: Hayo Ross, RSP GmbH
Andreas Graf, Duschl Ingenieure