Eine Fallstudie zur Ejektor-Effizienz auf der Grundlage von vier Teststandorten

Mittwoch, 25. Mai 2016

Die F-Gas-Verordnung in Europa sowie vergleichbare Rechtsvorschriften in anderen Regionen der Welt treiben Lösungen mit niedrigem Treibhauspotenzial in der Kältetechnik für den Lebensmitteleinzelhandel voran. Dank der einzigartigen Eigenschaften des Gases in Kombination mit technologischen Erkenntnissen, die den Weg für eine optimale Nutzung dieser Eigenschaften ebnen, erweist sich CO₂ als eines der effizientesten Kältemittel mit niedrigem Treibhauspotenzial.

Die Vorteile der CO₂-Nutzung nehmen mit steigenden Außentemperaturen ab, wobei die Alpen als die klassische Südgrenze der CO₂-Anwendungen gelten. Seit Neuestem bietet die Ejektor-Technologie die Möglichkeit, CO₂-Systeme auch in wärmeren Klimazonen wettbewerbsfähig zu machen. Vier mit dem Danfoss Multi-Ejektor-Konzept installierte Teststandorte in Europa und Afrika zeigen, dass Ejektoren unter unterschiedlichen Bedingungen in verschiedenen Aufbauten mit Wirkungsgraden von bis zu 30 % wie erwartet arbeiten. Die Tests zeigen zudem, wie die Anlagenkonzeption die Leistungsmerkmale des Ejektors berücksichtigen muss.

Die vier Teststandorte

Die von Danfoss im Frühjahr 2016 durchgeführten Ejektor-Effizienztests fanden in vier Supermärkten an verschiedenen Standorten und mit sehr unterschiedlichen Anlagenkonfigurationen statt:

  • Standort 1: Supermarkt 1 in Südosteuropa mit Wärmerückgewinnung an der MT-Kühlung (163 kW) und ohne Klimaanlage, Betrieb bei Umgebungstemperaturen um die 12 °C (im Winter).
  • Standort 2: Supermarkt 2 in Westeuropa ohne Klimaanlage und Wärmerückgewinnung, nur MT-Kühlung (225 kW) bei Umgebungstemperaturen um die 20 °C.
  • Standort 3: Supermarkt 3 in Südeuropa mit Klimaanlage und MT-Kühlung (70 kW), Betrieb bei Umgebungstemperaturen um die 30 °C, keine Wärmerückgewinnung
  • Standort 4: Supermarkt 4 in Afrika ohne Klimaanlage und Wärmerückgewinnung, nur MT-Kühlung (120 KW), Betrieb bei Umgebungstemperaturen um die 27 °C.

 

An allen Standorten wurde nur die Leistung des Gasejektors gemessen und bewertet.

Ergebnisse der vier Teststandorte
Im Allgemeinen lässt sich aus den Teststandorten ableiten, dass die Ejektor-Leistung eng mit der Anlagenkonfiguration, den Umgebungsbedingungen bzw. Temperaturen sowie der Druckerhöhung des Ejektors zusammenhängt. Die vier Teststandorte lieferten Testergebnisse, die bestätigten, dass die Ejektoren technisch erwartungsgemäß funktionieren.

Teststandort 1

Beim Betrieb mit Wärmerückgewinnung, wie es bei Standort 1 der Fall ist, zeigen die Testergebnisse, dass der Ejektor nur in großen zeitlichen Abständen läuft. Bei einer Erhöhung der Lasten und einem Anlaufen der parallelen Verdichter springt der Ejektor an und läuft mit einem Wirkungsgrad von bis zu 25 %. Aus dem Test geht zudem hervor, dass es beim Betrieb im Wärmerückgewinnungsmodus wichtig ist, dass das Gas nicht zu stark gekühlt wird, um den vollen Nutzen des Ejektors zu erzielen.

Teststandort 2

An Standort Nummer 2 wurden die Ejektoren an einer Kälteanlage mit einer relativ großen Kapazität getestet – allerdings mit geringer Last. Aus dem Test geht hervor, dass das System bei einem überdimensionierten Verdichterverbund instabil wird und der Ejektor nur eine begrenzte Wirkung hat. Das heißt, dass die Verdichterleistung angepasst werden muss, um einen Nutzen aus der Installation von Ejektoren zu ziehen.

Teststandort 3

Der Supermarkt in Test 3 nutzt im Sommer eine große Klimaanlage. Interessanterweise zeigt der Testfall, wie die Klimaverdichter mit Ejektor, die in bestimmten Zeitperioden t montiert sind, nicht die erforderliche Kapazität haben, um die relativ kleine MT-Kälteanlage zu betreiben. Der Test demonstriert das Potenzial in der kombinierten Klima- und Kältetechnik

Teststandort 4

Im Falle des Supermarktes in Afrika erreichte der nachgewiesene Wirkungsgrad des Ejektors 30 %. Wenn der Ejektor in Betrieb ist, übernehmen die Aufnahmeverdichter den Hauptteil der Arbeit, während bei ausgeschaltetem Ejektor die MT-Verdichter überwiegend eingesetzt werden.

Es ist wichtig, dass das System an die Ejektor-Technologie angepasst ist

Die vier Tests unter realen Supermarktbedingungen bestätigen, wie die Anlagenkonzeption an die Leistungsmerkmale des Ejektors angepasst werden muss. Die wichtigsten Ergebnisse lauten wie folgt:
Die Leistungsstufen des Verdichters müssen angepasst werden, um die Vorteile der Ejektoren voll auszuschöpfen
Die Druckerhöhung des Ejektors zum Behälter muss optimiert werden, um den Wirkungsgrad des Ejektors zu optimieren

Welche Auswirkungen ergeben sich für die Energieeffizienz?

Obwohl die Energieeffizienz des Systems beim Einsatz der Ejektor-Technologie nicht der Hauptzweck des Tests war, wurden dennoch einige Ergebnisse der Systemeffizienz ermittelt. Bei der Berechnung der Energieeffizienz auf der Grundlage der Ergebnisse der Ejektor-Effizienz wird das Energieeinsparpotenzial der Ejektor-Technologie deutlich. Die Ergebnisse des Tests lauten wie folgt:

  • An Standort 4 – die Verlagerung der Teillast von MT-Verdichtern zu Aufnahme-Verdichtern führt zu einer Verbesserung der Energieeffizienz um mindestens 4 % bei 27 °C.
  • An Standort 3 – bei der Kombination von Klima- und Kälteanlage wird das Energieeinsparpotenzial noch größer. Der Test zeigt eine Verbesserung der Energieeffizienz der Kälteanlage von 10-15 % bei Umgebungstemperaturen um die 30 °C.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die von Danfoss durchgeführten vier Tests bestätigen, dass Ejektoren unter unterschiedlichen Bedingungen in verschiedenen Aufbauten erwartungsgemäß funktionieren. Die Tests zeigen auch, wie die Anlagenkonfiguration auf den Einsatz von Ejektoren zugeschnitten sein muss, um einen maximalen Nutzen aus der Investition zu ziehen. Auf diese Weise haben die Tests der Kältetechnik-Gemeinschaft die Implementierung der Ejektor-Technologie im Zuge der Bemühungen um eine nachhaltige Kältetechnik einen Schritt näher gebracht.

Torben Funder-Kristensen leitet die Abteilung Public Industry Affairs bei Danfoss Cooling, die sich mit Themen wie Kältemittel, Energieeffizienz und neue Trends in der Branche befasst.