28 Kälte Klima Aktuell  2/2017

Technik  ›  Wärmepumpe

Wärmepumpe halbiert Kosten für Heizung und KühlungSupermarkt-Pilotprojekt bei LiDL nL

Standardmäßig werden alle niederländischen LIDL-Supermärkte mit zwei voneinander getrennten Kälte- und Klimaanlagen ausgestattet. Einerseits ein R410A-3-Rohr-VRF-System, welches für individuelles Heizen und Kühlen von Laden, Lager und Büros sorgt. Andererseits verfügen die Kühl- und Tief-kühlregale je über einen eigenen wassergekühlten Kreislauf (R290), der an einen zentralen Wasserkreislauf angeschlossen ist. Die Wärme aus diesem Kreislauf wird über einen Trockenkühler nach außen abgeführt. Beide Sys-teme interagieren nicht miteinander. In einem Pilotprojekt wurde jetzt ein neues Wärmepumpensystem eingesetzt, bei dem ausschließlich natürliche Kältemittel verwendet werden.

Martin Haug,Geschäftsführer, Andreas Nieberle,Leiter Marketing, Beijer Ref Deutschland GmbH, München

Der Discounter Lidl NL hat den größten nie-derländischen Kälte- und Klima-Großhändler Coolmark B. V., ein Tochterunternehmen der Beijer Ref AB, damit beauftragt, ein neues System zu entwickeln, mithilfe dessen der Supermarkt ausschließlich mit natürlichem Kältemittel betrieben wird und dabei eine Energieeinsparung ermöglicht. In diesem Pilotprojekt wurde erstmals ein Wärmepum-pensystem mit einem 100 % natürlichen Kältemittel (Propæne R433A) zum Heizen und Kühlen eingesetzt. Mittels eines Plat-tenwärmetauschers soll das System mit dem Kühlwasserkreislauf in Verbindung stehen. Im Pflichtenheft von LIDL NL wurden strenge Vorgaben definiert: 100 % natür-liche Kältemittel (bevorzugt wird Kohlen-wasserstoff  – GWP nahe null), vollständige Rückgewinnung von Abwärme, individuell

regulierbares und gleichzeitiges Heizen und Kühlen in nur einem Kreislauf. Außerdem gefordert: Kostentreue und kurze Installati-onszeiten nach Vorgabe, um den definierten Wiedereröffnungstermin einzuhalten. Für LIDL in Zwijndrecht ist in einem Supermarkt mit einer Gesamtfläche von über 1600 m² eine innovative Anlage entstanden, basie-rend auf der patentierten „TripleAqua“: Die „TripleAqua“ ist eine von Beijer Ref AB neu entwickelte Drei-Rohr-Wärmepumpe und gleichzeitig ein Klimasystem. Es ist in der Lage, in einem Arbeitsgang zu heizen, zu kühlen und Energie zu speichern. Während z. B. Verkaufsräume oder Büros geheizt wer-den, können Kühl- und Tiefkühlschränke gleichzeitig gekühlt und überschüssige Energie kann in PCM-Latentwärmespei-chern gespeichert werden. Dabei ergeben

sich Kosteneinsparungen hauptsächlich aus drei Gründen (siehe auch Bild 3).

1.) Das Speichern von energie Während des Kühlprozesses wird Wärme und beim Heizen wird Kälte erzeugt. „Tri-pleAqua“ speichert diese Wärme und Kälte in der Anlage für eine spätere Nutzung oder zur Verwendung in einem anderen Gebäu-deteil – ohne zusätzliche Kosten.

2.) Die Verwendung von nur drei Wasser-leitungen Diese Leitungen werden mit einer für die Wär-mepumpe jeweils idealen Temperatur verwen-det, bei geringsten Temperatur-Differenzen: warm (28 - 36 °C), kalt (12 - 18 °C) und einer gemeinsamen Rücklaufleitung mit Umge-bungstemperatur. Durch dieses patentierte System werden Installationskosten gesenkt.

3.) Der Verzicht auf Vier-Wege-Ventile Das neue Design der Wärmepumpe macht die Verwendung traditioneller Vier-Wege-Ventile unnötig. Das System funktioniert sowohl im Kühl- als auch im Heizmodus mit den effizienten Gegenstrom-Betriebsarten, wodurch die Installation günstiger und der Betrieb effizienter wird.Die technischen Installationen sind kom-plett auf dem Dach angeordnet (siehe Bild 4). Alle Kühl- und Tiefkühlschränke sind durch einen geschlossenen Glykol-Kreislauf verbunden. Der Kreislauf ist über einen Plat-tenwärmetauscher mit der Wärmepumpe Bild 1: Die LIDL-Filiale im niederländischen Zwijndrecht

Bild 2: Während Verkaufsräume geheizt werden, können Kühl- und Tiefkühlschränke gleichzeitig gekühlt werden.

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Kälte und Wärme gehören

zusammen

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Bild 4: Die Wärmepumpe auf dem Dach von LIDL Zwijndrecht

integriert worden. Ein Trockenkühler nimmt die Abwärme aus dem Supermarkt auf, ins-besondere im Sommer, wenn keine Nach-frage nach Abwärme vorhanden ist.

hauptkomponenten und deren herstellerDas insgesamt installierte System um-fasst eine 65-kW-Außeneinheit „Triple-

Aqua 3CA65“, 15 Innengeräte der Größen „3FS60/3FS32“, eine Wasserschleife mit drei Rohren für Warm-, Kalt- und Rück-laufwasser, einen modifizierten 64-kW-

Bild 3: Vergleich der „TripleAqua“ zu herkömmlichen Systemen

Wärmepumpe  ‹  Technik

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Bild 5: Schaltschema der „TripleAqua“ bei LIDL

AHT-Trockenkühler, einen 64-kW-Plat-tenwärmetauscher, BMS/GLT-Steuerung, Energieüberwachung, AHU 3000 m3/h + HR, Glykolkreislauf und Standard-AHT-Kühl-/Tiefkühlschränke.

Technische Daten des Wärmepum-pensystemseine Außeneinheit:zwei hubkolbenverdichter: Bitzer KühlmaschinenbauRegelung. Dixell (Emerson)Frequenzumrichter: Danfossec-Ventilatoren. RosenbergWärmetauscher (Mini-channel): LUVE–HTSPcM-Latentwärmespeicher: PCM Ltd 23 kWh

Selbstregulierende 15 Drei-Rohr-innenge-räte, mittels Wasserkreislauf miteinander verbunden (heiß, kalt, Rücklauf):Selbstregulierende Wasserventile: DanfossDrehzahlregelung der ec-Motoren: RosenbergRegelung: Siemens ClimatixFilter-System (neues Design) Camfil MiniPleatWärmetauscher (Mini-channel): LUVE – HTS

› Der Markt hat regulär mit Glykol gekühlte Kühl- und Tiefkühlanlagen von AHT.

› Alle Kühlstellen sind mit dem Kältemittel R290 ausgestattet (Füllmenge kleiner als 150 g).

› 64-kW-Rückkühler aus dem Hause AHT- Basetec, Fürstenfeldbruck

› Plattenwärmetauscher HX Alfa Laval 64 kW TL6 - BFM 96PL ALLOY 304

erfahrung im laufenden BetriebDie Wärmepumpe wurde am 19. November 2015 von Coolmark in Betrieb genommen und der Supermarkt in der ersten Dezem-berwoche 2015, wie geplant, vor Beginn der Weihnachtsverkäufe wiedereröffnet. Sie ist die einzige Heizquelle für den Laden. Die In-stallation und die Inbetriebnahme verliefen schnell, effizient und ohne Zwischenstopp.In den ersten Betriebsmonaten wurden meh-rere Updates der WP-Software vorgenom-men, um die Leistung und das Ansprechver-halten der Anlage zu verbessern. Von Beginn an lieferte das System komfortable Tempe-raturen und Feuchtigkeit für den Laden, das Lager, die Kantine und das Büro im Rahmen der Spezifikationen von LIDL NL.Während der Pilotphase über ein ganzes

Jahr musste das System einen für Zwijnd-rechter Verhältnisse recht harten Winter und einen tropischen Sommer bewältigen. Daraus ergaben sich weitere interessante Erkenntnisse hinsichtlich des Betriebs.

harter WinterDie berechnete Entwurfsbedingung für den Winterbetrieb im Raum Rotterdam/Zwijnd-recht liegt bei -10 °C/90 % Luftfeuchtigkeit. Das Systemschaffte problemlos - 7 °C bei fast 100 % Luftfeuchtigkeit. Bei nassem Schnee, starken Winden und hoher Luftfeuchtigkeit hat die Wärmepumpe nie die höchste Dreh-zahl der Verdichter abgerufen. Winterleis-tung und Abtaubarkeit der außenstehen-den Wärmetauscher zeigten sich als äußerst souverän.

heizen in der ÜbergangszeitAus den weiteren Betriebsdaten der Wärme-pumpe im Jahresverlauf wurde ersichtlich, dass diese Art von Supermarkt – abhängig von der Sonnenintensität – bereits beheizt werden muss, sobald die Umgebungstem-peratur unter +14 °C (~ +18 °C) sinkt. Wegen Verzögerungen an der externen GLT (Ge-bäudeleittechnik), ist die vorteilhafte und

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effizienzsteigernde Wärmerückgewinnung aus den Kühl- und Tiefkühlregalen noch nicht in Betrieb genommen.

Tropischer SommerAuch im Sommerbetrieb mit tropischen Tagen bei sehr starkem Regen und außer-gewöhnlich feuchtem und warmem Wetter wurde die „TripleAqua“ im Pilotbetrieb auf Herz und Nieren geprüft. Bei tropischen Be-dingungen mit 32 °C bei fast 80 % relativer Luftfeuchtigkeit schaffte der Luftkondensator ein ΔT von ca. 8 K zur Umgebungstemperatur. Dabei dürfte die Wärmepumpe im Kühlmo-dus ihre maximale Kapazität erreicht haben.

FazitMit der „TripleAqua“ wurden alle erwähn-ten Punkte des LIDL-Pflichtenheftes erfüllt und sogar noch mehr: höchste Effizienz, ein kostengünstiger und einfach zu steu-ernder Betrieb, ein GWP von nahe Null mit Standard-Komponenten, wettbewerbsfä-hige Investitionen, sehr einfache Installa-tion und ein zuverlässiger Betrieb. Obwohl die Installation völliges Neuland und der Zeitrahmen sehr kurz war, lief das Projekt planmäßig und die bisherigen Ergebnisse sind hervorragend. „Wir können zwar noch keine exakten Zahlenangaben über die ge-samten Energieeinsparungen machen, da wir noch keine kompletten Vergleichsda-ten mit herkömmlichen LIDL-Läden haben, aber die uns bisher vorliegenden Daten sind mehr als vielversprechend“, freut sich die LIDL-NL-Abteilung Bau; und Menno B. A. van der Hoff, der Erfinder der „TripleAqua“ ergänzt: „39.915 kWh Verbrauch des Wär-mepumpenkompressors in 405 Tagen für eine Ladenfläche von 1630 m² – das sind nur 22 kWh/m2 im Jahr) – ist eine beeindruckend niedrige Zahl.“ Aufgrund des äußerst positi-ven Ablaufs des Pilotprojektes sind weitere Projekte bereits in der Planung.

Vorteile des Wärmepumpensystemseinfache und kostengünstige installationEin komplettes „TripleAqua“-System lässt sich mit einer geringen Zahl von Standard-Zentralheizungselementen installieren. Es sind keine besonderen Vorkenntnisse notwendig. Sehr einfach hydraulisch an-zuschließen, keine elektrische Verkabe-lung vor Ort, keine aufwendige Stand-ort-Inbetriebnahme, keine individuellen Standorteinstellungen,sondern einfach Plug- and- Play.

Modularer AufbauDas System ist vergleichbar mit VRV/VRF- und Vier-Rohr-Systemen, kommt aber im Gegensatz – um Gebäude zu heizen, zu küh-len und Energie zu speichern – mit einem Wasserkreislauf mit nur drei Rohren aus. Bei einem Minimum an thermischem Verlust sowie modular aufgebaut kann die „Tri-pleAqua“ ohne Beschränkungen in Größe, zu überwindender Distanz oder Leistung eingesetzt werden und ermöglicht jede beliebige Gebäudegröße oder Art der An-wendung. Da nur Standard-Wasserleitungen verwendet werden, lässt sich die Anlage mü-helos mit anderen Systemen kombinieren.

einfacher und kostengünstiger BetriebDie Outdoor-Einheit ist standardmäßig mit allen modernen Steuerungsgeräten und hydraulischen Komponenten vorbestückt, inkl. dem Einsatz von EC- und VLT-Techno-logie. Die Außeneinheiten kommen ohne aufwendige und teure Steuerung aus. Die Regelung der Anlagen erfolgt ausschließ-lich über Temperatur und Druckänderungen im Warm- und Kaltwasserbetrieb. Sie regelt sich über den Rücklauf selbst. Intern kom-munizieren die intelligenten EC-Pumpen permanent mit Steuerung und Kompres-soren, welche Menge Wärme oder Kälte zur

Verfügung gestellt werden muss oder ob gespeichert oder aus dem Speicher Wärme oder Kälte abgerufen werden muss. Intelli-gente adaptive Wettersensoren passen die Schaltpunkte permanent an die tatsäch-lichen Bedürfnisse des Gebäudes an. Die interne Wärme-/Kältespeicherung ist au-ßerdem hilfreich bei Leistungsspitzen oder aber auch für eine zukünftige Steuerung bei variablen Stromnetzkosten. Die Innenein-heiten sind mit einem intuitiv bedienbaren Steuerpanel ausgestattet und ermöglichen einfachste Bedienung über ein BMS (Buil-ding Management System).

StromversorgungWährend der Pilotphase stellte sich heraus, dass eine geringere Dimensionierung des Stromanschlusses von 125 A statt 250 A aus-reichen würde: eine weitere Einsparungs-möglichkeit in Bezug auf den benötigten Hauptstromanschluss.

Ökologie: keine F-Gase mehr„TripleAqua“ arbeitet mit dem natürlichen Kältemittel R433A, Propæne, einem azeo-tropen Mix aus Propan R290 und Propylen R1270 mit einem Temperaturgleit von 0,4 K zu R22. Dieses Kältemittel verbindet damit alle Vorteile und ist für die „TripleAqua“-Kompressoren von Bitzer freigegeben. In dieser im Pilotprojekt eingesetzten Au-ßeneinheit kommen 2 x 4,7 kg R433 zum Einsatz, im Gebäude liegen ausschließlich Wasserkreisläufe. Eine Isolierung der Rück-laufrohre (Umgebungstemperatur) ist nicht notwendig. Alle „TripleAqua-3CA“-Modelle haben für die Kühlung (SEER) die höchst-mögliche Energieeffizienzklasse A und für die Heizung (SCOP) die höchstmögliche Energieeffizienzklasse A++ erhalten: in der Summe eine substanzielle Energieeinspa-rung und Emissionsreduktion für neue und bestehende Gebäude.

Anwendungsbereiche„TripleAqua“ kann erhebliche Auswirkungen auf die Energie- und Emissionsminderung in neuen und bestehenden Gebäuden wie Krankenhäusern, im Einzelhandel, in Pflege-zentren, Schulen, Hotels, Geschäften, Büros und Supermärkten haben.

Vertrieb„TripleAqua“ wird exklusiv von Bei-jer Ref vertrieben, mehr Infos unter: www.beijerref.com.

Das Projekt wurde beim Chillventa Award

2016 in der Kategorie „Gewerbekälte“

eingereicht und schaffte es auf die Shortlist

der Jury. Auch 2018 wird es wieder einen

Chillventa Award geben. Halten Sie schon

2017 Ausschau nach würdigen Projekten, die

Sie einreichen können!

Zukunft spüren ZAbluefin – Blauer Stahl mit TiefgangDer neue Ventilator – außergewöhnlich, bionisch, strömungsagil und bis zu 15% höherer Wirkungsgrad. Einzigartiges Schaufeldesign und sensationelle Leistung. ziehl-abegg.de

ZAvblue ZAwheel ZAbluef in

Die Königsklasse in Lufttechnik, Regeltechnik und Antriebstechnik

Die Königsklasseder Lufttechnik

Bewegung durch Perfekt ion

Kostenreduzierung mit dem Betriebs-punkt der Zukunft

Eff izienzsteigerung

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Wettbewerber