R744-Kälteanlage mit modularem R290-Unterkühler: Erste Ergebnisse eines Feldversuchs

Im Handel und in der Industrie gewinnen R744-Kälteanlagen immer mehr an Bedeutung, diese weisen bei hohen Außentemperaturen (ab ca. 27 °C) eine trans-kritische Betriebsweise auf. Dabei kommt es zu einer deutlichen Erhöhung des Flashgasanteiles bei der Drosselung, wodurch der Aufwand für die Verdichtung steigt und sich eine stark von der Außentemperatur abhängige Effizienz ergibt. Damit die erforderliche Kälteleistung auch bei hohen Außentemperaturen erreicht wird, müssen Feldanlagen entsprechend groß dimensioniert werden. Um die Effizienz und Leistung von R744-Kälteanlagen in trans-kritischer Betriebsweise zu verbessern, stellt eine mechanische Unterkühlung mittels R290-Unterkühlmodulen eine vielversprechende Lösung dar. Ziel ist es, durch die zusätzliche Unterkühlung vor der Drosselung, den Flashgasanteil bei hohen Außentemperaturen zu reduzieren und damit eine kompaktere Dimensionierung der R744-Anlage zu ermöglichen. Dadurch können die Investitions- so-wie die Betriebskosten reduziert werden.
Im Rahmen des Forschungsprojektes „SEPCOO“ wurde ein modular aufgebauter R290-Unterkühler entwickelt und optimiert, sowie mit Hilfe des Simulationswerkzeuges Modelica/Dymola und der TIL-Bibliothek eine skalier-bare Betriebsstrategie entworfen, welche das Zu- bzw. Abschalten der füllmengenminimierten Module des R290-Unterkühlers in Abhängigkeit vom Betriebszustand der R744-Kälteanlage regelt. Zur Evaluierung der Eignung des Konzepts der mechanischen Unterkühlung im Feldbetrieb wurde für den Sommer 2024 ein R290-Unterkühler, bestehend aus zwei Modulen, bei einer R744-Gewerbekälteanlage nachgerüstet. Die Erfassung und Auswertung der umfangreichen Messdaten erfolgt im laufenden Betrieb. Im vorliegenden Beitrag werden die Grundlage des Konzeptes sowie die Erkenntnisse aus dem Feldversuch präsentiert.