NH₃-Wärmepumpe mit Kälteerzeugung zur Herstellung moderner Halbleitertechnik

Die durch ska konzipierte und erstellte NH₃-Wärmepumpe mit Kälteerzeugung wurde für ein Betreiberunternehmen gebaut, das sowohl Kälte- als auch Wärmeenergie über zwei Ringleitungsnetze mehreren Produktionsunternehmen zur Verfügung stellt. Die Betriebe, vorwiegend aus der Halbleitertechnik, benötigen zur Betriebsmittelkühlung und Klimatisierung 6-grädiges Wasser und gleichzeitig zur Prozesserwärmung und Gebäudeheizung Heißwasser mit einer Temperatur zwischen 70 und 110 °C. Die Einbindung der Kälteerzeugungsanlage erfolgt aus der Ringleitung des Rücklaufes mit einer Temperatur von 11,5 °C und wird mit einer Temperatur von 5 °C in den Vorlauf eingespeist. Über die Wärmepumpe erfolgt eine Rücklauf-Temperaturanhebung des Industrieheizsystemes.

Die Kälteanlage besteht aus einem Schraubenverdichteraggregat mit Economizerbetrieb und Plattenwärmeübertrager als NH₃-Verdampfer und Kondensator. Die Kondensationsenergie wird bei reinem Kühlbetrieb an das Kühlwassernetz abgeführt. Die Wärmepumpe zur Heißwasserbereitung arbeitet mit drei Hochdruckkolbenverdichtern, die das Druckgas des Schraubenverdichters auf ein höheres und damit nutzbares Temperaturniveau bis 80 °C, entsprechend 40 bar, verdichten. Übertragen wird die Wärmeenergie an das Industrie-Heizungsnetz über einen vollverschweißten NH₃-Kondensator. Da die Anlage in einem Gesamtverbund arbeitet, kann sowohl die erzeugte Kälte- als auch Wärmeleistung ganzjährig zu 100 % genutzt werden.

Hauptkomponenten der Anlage

  • 1 Schraubenverdichteraggregat mit Economizerbetrieb
  • 3 Hochdruckkolbenkompressoren
  • 1 Drei-Kammerabscheider für die Funktionen Druckgasenthitzung, Economizer und NH₃-Abscheidung
  • 1 NH₃-Plattenverdampfer modulverschweißt zur Wasserkühlung
  • 1 NH₃-Plattenkondensator vollverschweißt zur Heizwassererwärmung
  • 1 NH₃-Plattenkondensator modulverschweißt für reinen Kühlbetrieb

Besondere Merkmale der Anlage

  • Wirtschaftliche Kaltwassererzeugung über einen Schraubenverdichter mit Economizerbetrieb
  • Geringer Wartungsaufwand durch den Einsatz des Schraubenverdichters mit Verwendung einer automatischen Ölrückführung
  • Die Kaltwassererzeugung ist auch ohne Wärmepumpenbetrieb möglich
  • Einsparung von Rückkühlwasser mit Wasseraufbereitung und Nebenantrieben
  • Hohe Leistungsziffer mit Plattenwärmeübertragern auf der Verdampfer- und Kondensatorseite
  • Hohe Leistungsziffer für die Wärmepumpe durch Einsatz von NH₃ als Kältemittel in Verbindung mit einer 2-stufigen Verdichtung
  • Einsatz von effizienten NH₃ Hochdruckkolbenverdichtern für die Wärmepumpe
  • Geringe NH₃-Füllmenge durch Einsatz von Plattenwärmeübertragern 
  • Die Amortisationszeit der Wärmepumpe beträgt ca. 6 Monate
  • Geringer TEWI-Wert (Total Equivalent Warming Impact) durch Einsatz von Ammoniak als Kältemittel

Technische Daten

Erzeugte Kälteleistung1.500 kW

Wasserabkühlungvon 11,5 °C auf 5 °C

Erzeugte Wärmeleistung1.500 kW

Wassererwärmungvon 65 °C auf 75 °C

 

Kondensationstemperatur78 °C

Mitteldrucktemperatur35 °C

Economizertemperatur10 °C

Verdampfungstemperatur1 °C

 

COP Kälteanlage5,2

COP Wärmepumpe5,4

 

Elektrischer Energiebedarf:

Kälteanlage290 kW

Wärmepumpe273 kW

 

KältemittelAmmoniak

Kältemittelfüllmenge300 kg