Beitrag der Automatisierungstechnik zur Steigerung der Energieeffizienz von Kälteanlagen (Dr.-Ing....

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2. FachtagungKälte- und Klimatechnikim Kontext der nationalen undinternationalen Klimaschutzpolitik

ECKELMANN AG, Wiesbaden

Geschäftsbereich Kälte- und Gebäudeleittechnik

Frank Uhlemann

Beitrag der Automatisierungstechnik zur Steigerung der Energieeffizienz von Kälteanlagen


Gliederung

> Energiebedarf Kälteanlagen

> Energiemanagement Werkzeuge

> Messtechnik Temperaturerfassung

> Integrierte Systeme

> Zusammenfassung


Medizintechnik: Gehirntumor BehandlungPartner: Siemens Medicalcare, Universität Heidelberg, GSI

Eckelmann Highlights (weitere Geschäftsbereiche)


Quelle: ASPO, Schweden Studie 2004

Verfügbarkeit von Primärenergie


Elektroenergiebedarf Kälteerzeugung

Nahrungs-mittel

D, 1999

Sonstige

Industrie

Klimati-sierung

8,9 %

22,7 %

2,1 %

66,3 %

DK

V-S

tatu

sbe

rich

t 22

, 20

02

66Mrd. kWhel

14 % vom Elektroendenergie-Verbrauch


Elektroenergiebedarf Kälteerzeugung

KDK-Maschine

(Hoch-temperatur-)

Wärme

“Kälte”(Niedertemperatur-

Wärme)

Antrieb: Elektroenergie


Verflüssiger

Verdampfer

Expansions-ventil

Verdichter

Einsparpotentiale:

>Auslegung der Anlage

>Hoher Massenstrom bei kleinen Druckdifferenzen -> Elektr. Expansionsventile

>Kreisprozess möglichst flacher Verlauf

>T0 möglichst hoch (Kälteverluste reduzieren)

>TC möglichst tief(Randbedingung ta)

>Arbeitspunkt anpassen (Kennfeld, adaptiv)

>Arbeitspunkt stabil halten -> stetige Regelung (FU, EEV)

Thermodynamische und regelungstechnische Grundlagen

Beispiel:

ta=10 °C, Tc=25 °C, T0,TK=-32 °C

ΔT 1K ≈3% Pel

Verdampfen

Verdichten

EnthitzenVerflüssigen

Entspannen

Unterkühlen

1

23

4

Qo W

Qc


Thermodynamische und regelungstechnische Grundlagen

Verdampfen

Verdichten

EnthitzenVerflüssigen

Entspannen

Unterkühlen

1

23

4

Qo W

Qc

Weitere Einsparpotentiale:

>Wärmerückgewinnung

>Intelligente Abtaukonzepte

>Intelligente Scheiben-und Rahmenheizung

>Integrierte Konzepte


Forderungen an das Regel- und Überwachungssystem

> Verteilung von der zentralen Kenngrößen im gesamten System> Leistungsfähiger und robuster Feldbus, z.B. CAN> Dynamische Anpassung der Sollwerte pc und p0

> Stetige Regelung> Tools für ein aktives Energiemanagement (Betreiber,

Anlagenbauer, Dienstleister)> Integrierte Lösungen, z.B. Gebäudeleittechnik> Ausführliche Dokumentation und Schulung um

Möglichkeiten optimal nutzen zu können


Energiemanagement aus Sicht der Steuerungstechnik

> Erfassung el. Energie und Leistung, Verbrauchsmengen Gas, Heizöl, Warmwasser

> Überwachung Grenzwerte> Lastabwurf> Graphische und tabellarische Aufbereitung> Daten-Export zur beliebigen Weiterverarbeitung> Benchmarking> Verbesserungsmaßnahmen ableiten, umsetzen,

Erfolgskontrolle

Energiemanagement als Prozess und Daueraufgabe


PC- und Web-Werkzeuge

Auf einen Blick



Anlagen übergreifendeProblem-Schwerpunkte

Benchmarkingund Ranking


Werkzeuge Anlagenanalyse




Anlagenübersicht

Reserven prüfen!


Werkzeuge Energie-management


Anlagen vergleichen



Energie-management



Messwertgrafik:Verbundsteuerung

Kontrolle der Anlagen-auslegung


Temperaturen messen und regeln

Exakte Temperaturen sind ein Qualitätsmerkmal und sparen Energie!

Bisher:

> Temperaturmessung nicht im Warenbereich, meist nur Zu-/Rückluft

> Wirkliche Temperaturen im Möbel sind abhängig von Lage und Beleuchtungssituation

> Temperaturmessung bei Steckerfertigen Möbeln nicht im Innenraum möglich

> Eingeschränkte Genauigkeit, Einfluss von Kabellängen, Abweichung bestenfalls 1 Grad


Funksensoren

Eigenschaften:> Warennahe Messung

> Erheblich höhere Genauigkeitdurch digitale Messtechnik

> Universell einsetzbar, Temperaturbereich-40 bis +80 °C

> Kompakt, robust

> Wartungsfrei, Batterie Lebensdauer Auslegung mind. 10 Jahre


Integrierte Lösungen: Wärmepumpen und Geothermie


Integrierte Lösungen: Gebäudeleittechnik

Über-greifend!


Energievergleich Markt C 1900 m² nur Umrüstung GLT

Einsparung/Jahr:59.500 kWh (12%)8.400 Ltr. Heizöl (35%)

Elektr. Energie:-> 6.550 Euro

@ 11 cts/kWh-> 37.000 kg CO2

@ 0,622 kg/kWh

Heizöl:-> 4.200 Euro-> 26.200 kg CO2

Verbrauch Elektrische Energie

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Monat

kWh

2004/5 Fremd DDC

2006/7 E●LDS

Umrüstung einer Bestandsanlage aus 2003 auf integrierte Gebäudeleittechnik im Januar 2006


Zusammenfassung und Ausblick

> Mehr Effizienz durch anspruchsvollere Anlagentechnik und Regelungstechnik ist bereits Stand der Technik

> Möglichst Wärmerückgewinnung nutzen> Integrierte Lösungen nutzen (WP, GT, PV, GLT)> Aktives Energiemanagement als Daueraufgabe

Einsparpotential 25% und mehr, dreifach wirksam:-> Umweltschutz (global warming)-> Ressourcenschutz-> Kosteneinsparung


Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Zum Schluss …

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