Riedel Hybrid-Chiller am Fraunhofer-Teststand, Bild: Riedel

Der Hybrid-Chiller am Teststand des Fraunhofer ISE: Eine intelligente Regelung entscheidet über einen monovalenten oder bivalenten Einsatz von Kompression und Adsorption. Bild: Riedel

Aus der Kombination zweier Technologien ist der Hybrid-Chiller entstanden. Auf der Hannover Messe 2016 wurde dieser der breiten Öffentlichkeit präsentiert. Produkt aus einer Kooperation zwischen Riedel Kältetechnik, einem Hersteller von Kühlaggregaten für industrielle, medizinische und gewerbliche Anwendungen, und Sortech, Spezialist im Bereich der Adsorptionskältetechnik. Die Technik beider Unternehmen arbeitet mit der gleichen Vorlauftemperatur von acht bis 25 Grad für zu kühlende Anwendungen: bei Sortech über Adsorptionstechnik, bei Riedel über Kompressionstechnik. Der Vorteil im Zusammenspiel der beiden Techniken liegt in der Effizienz und der Präzision in der Kälteproduktion.

Um einen Vergleich zu geben: Mit einfacher Kompressionskälte sind Leistungszahlen nach dem European Seasonal Energy Efficiency Ratio (ESEER) von beispielsweise 3,5 zu erreichen, mit Freikühlung eine deutliche Steigerung auf 7,6 und mit dem kombinierten Hybrid-Chiller 19,6 in Kombination mit einem Rückkühlwerk.

Funktionsweise des Hybrid-Chiller

Der Hybrid-Chiller arbeitet einerseits wie ein Adsorptionskälteaggregat und nutzt Abwärme als Energiequelle, die je nach Anwendung meistens kostenfrei bereitsteht. So entsteht aus der ungenutzen Ressource Abwärme die Grundlage für ein Kreislaufsystem, das – vereinfacht gesagt – aus Wärme Kälte macht. Die Kompressionstechnik von Riedel trägt so zu einer effizienten und präzisen Kühlung in einem Kreislauf bei.

Dazu wird ein Kältemittel verdampft, das dem zu kühlenden Medium Wärmeenergie entzieht. Das gasförmige Kältemittel wird in der Folge verdichtet und kondensiert anschließend im Verflüssiger unter Abgabe der Wärme an die Umgebung. Durch ein Expansionsmittel wird es anschließend entspannt und steht schlussendlich wieder im Verdampfer zur Verfügung.

Temperaturschwankungen in der Abwärme- und Umgebungstemperatur beeinflussen die Kälteleistung der Adsorptionskältemaschine. Diese können ebenso wie Spitzenlasten gezielt durch die Kompressionskälte ausgeglichen werden. Die Regelung des Hybrid-Chiller wechselt je nach Kühlbedarf und verfügbarer Abwärme situationsbezogen zwischen monovalenter oder bivalenter Betriebsweise. Über die Jahresganglinie ergänzen sich die beiden Kältesysteme und garantieren so gemeinsam einen maximal effizienten Betrieb: So soll der Anwender von bis zu 80 Prozent weniger Stromverbrauch bei der Kühlung profitieren und darf einem schnellen Return on Investment erwarten.

Präzise Kälte aus kostenloser Abwärme

Voraussetzung für den Betrieb eines Hybrid-Chiller ist eine vorhandene Abwärme-Quelle mit Temperaturen zwischen 55 und 95 Grad Celsius. Dies ist zum Beispiel bei Blockheizkraftwerken, Fernwärme oder auch bei Prozesswärme in der Industrie der Fall. Der Hybrid-Chiller erzeugt Kaltwasser in einem Temperaturspektrum von acht bis 25 Grad Celsius. Damit ergeben sich für die Kältemaschine viele verschiedene Einsatzmöglichkeiten: So steht die Anlage für die Kühlung von Prozessen in metall- oder kunststoffverarbeitenden Betrieben ebenso zur Verfügung, wie zur Kühlung von Rechenzentren und IT-Umgebungen. Seit der Markteinführung des Hybrid-Chiller im April auf der Energy Messe in Hannover gab es in Deutschland sowie mit Unternehmen aus anderen EU-Ländern viele Gespräche für potenzielle Anwendungen. Zunächst war es jedoch wichtig, das System hin auf seinen Wirkungsgrad anhand der ESEER-Skala zu ermitteln.

Labortest – Wasserkühlung richtig revolutionär

Ivan Malenkovic vom Fraunhofer ISE, Bild: Riedel
Ivan Malenkovic vom Fraunhofer ISE hat den Hybrid-Chiller getestet. Bild: Riedel

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat im Juli 2016 den neuen Hybrid-Chiller im Labor getestet. Für die Kältemaschine mussten zunächst passende Laborbedingungen geschaffen werden. Für Diplomingenieur Ivan Malenkovic vom Fraunhofer ISE war der Test eine interessante Herausforderung: „Ich war wirklich gespannt auf den Hybrid-Chiller, der mit der Kombination der Technologien Neuland bedeutet. Darauf mussten wir uns erst mal einstellen. Wir haben dann ein Testumfeld aufgebaut, das möglichst nah an den Vorgaben der Eurovent-Richtlinie ist und wir haben die Effizienz des Gesamtsystems gemessen. Das Ergebnis dieser Messungen liefert eine durchaus vergleichbare Orientierung.“

Nach eingehender Prüfung bescheinigen die Fraunhofer-Experten dem Hybrid-Chiller eine sehr gute Performance unter realen Bedingungen. Das belegt der ESEER-Wert von 19,6. Dieser wurde, aufgrund des Neuheitsgrades der Anwendung in einem praxisrelevanten, am ESEER-Wert orientierten Verfahren, gemessen. Der ESEER-Wert berücksichtigt speziell den Teillastbetrieb eines Kühlers in verschiedenen Betriebsbedingungen, deren Ergebnisse gewichtet werden. Die Außenluft- und Kühlwassertemperatur sind wichtige Einflussfaktoren in diesem Verfahren.