NH₃-Kälteanlage mit Wärmepumpe

Bei der ausgeführten Anlage handelt es sich um eine NH₃-Kälteanlage in Verbindung mit einer Hochtemperatur-Wärmepumpe. Zur Realisierung der wirtschaftlichsten und effizientesten Lösung wurde die Abwärme der Kälteanlage direkt über Hochdruckverdichter auf ein höheres Druck- und nutzbares Temperaturniveau gebracht. Die Kälteerzeugung erfolgt bei einer Verdampfungs- temperatur von -6 °C, die Abwärmenutzung bei einer Kondensationstemperatur von 80 °C. Die erzeugte Kälteleistung wird zur Abkühlung eines Kälteträgers genutzt, die Wärmeenergie zur Erwärmung von Prozesswasser. Die Nutzungsdauer beider Kreisläufe, Wärme und Kälte, beträgt ca. 8.000 Stunden im Jahr.

Besondere Merkmale der Anlage

  • Einsatz des natürlichen Kältemittels Ammoniak für die Kälteanlage und Wärmepumpe
  • Hohes Temperaturniveau durch Einsatz von 52 bar Hochdruckverdichter für die Wärmepumpe
  • Hocheffiziente zweistufige NH₃-Verdichtung.
  • Direkte Nutzung der Kondensationswärme aus der Kälteanlage
  • Keine Verluste durch Wärmeträger oder Pumpenenergie in der Mitteldruckstufe.
  • Einsatz einer wirtschaftlichen Druckgasenthitzung mittels verflüssigtem NH₃.
  • Hohe Leistungsziffer für die Kälte- und Wärmeerzeugung.
  • Einsatz eines Plattenwärmeübertragers zur Prozesswassererwärmung in vollverschweißter Ausführung.
  • Vollständige Abwärmenutzung der Kälteanlage und damit Einsparung von Rückkühlwasser mit Wasseraufbereitung und Nebenantrieben.
  • Keine Verlustwärme durch Ölkühlung.
  • Geringer TEWI (Total Equivalent Warming Impact) durch Einsatz von NH₃ als Kältemittel.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

Die über die Wärmepumpe erzeugte Energie kann über das gesamte Jahr zu 100% zur Prozesswassererwärmung genutzt werden. Damit ergibt sich unter Berücksichtigung der verlust:

  • Eine erzeugte Wärmemenge von 8.000MWh/Jahr.
  • Ein elektrischer Energieeinsatz von cs. 1440 MWh/Jahr.
  • Eine Leistungsziffer der Wärmepumpe von 5,55.

 

Amortisationszeit

Im vorliegenden Fall wurde die Wärmepumpe zusätzlich zum bestehenden Dampfkessel installiert, d.h. die Investitionskosten für den Dampfkessel bleiben unberücksichtigt. Der Anschaffungspreis für die Wärmepumpe beträgt, ohne der Berücksichtigung der staatlichen Förderung, cs. €240.000.Die Amortisationszeit der Wärmepumpe liegt damit unter 6 Monaten.

Technische Daten

  • Erzeugte Kälteleistung
  • 730 kW
  • Kälteträger-Abkühlung
  • von 1°C auf -3°C
  • Erzeugte Wärmeleistung
  • 1.080 kW
  • Wasserwärmung
  • von 67°C auf 77°C
  • Kondensationsdruck
  • 41,4 bar
  • Mitteldruck
  • 14,7 bar
  • Verdampfungsdruck
  • 3,4 bar
  • Kondesationstemperatur
  • 80°
  • Mitteldruck
  • 38°C
  • Verdampfungsdruck
  • -6°C
  • COP Kälteanlage
  • 4,0
  • COP Wärmepumpe
  • 6,0

Elektrischer Energiebedarf:

  • Kälteanlage
  • 180 kW
  • Wärmepumpe
  • 180 kW
  • Kältemittel
  • Ammoniak
  • Kältemittelfüllmenge
  • 250 kg