Exklusiver Online-Beitrag: Natürliche Kältemittel

Der Forderung nach Nachhaltigkeit wird bereits beim Bau von Stadien oder Sporthallen Folge geleistet. Vor allem die Bauweise und Versorgung der Einrichtungen bieten Möglichkeiten für nachhaltiges Handeln. Bei benötigten Kälte- und Klimaanwendungen bieten sich natürliche Kältemittel wie etwa Ammoniak als umweltverträgliche Lösung an. „Es lässt sich nicht nur sehr energieeffizient, sondern außerdem besonders umweltfreundlich einsetzen“, erklärt Monika Witt, Vorstandsvorsitzende von eurammon, der europäischen Initiative für natürliche Kältemittel. „Ammoniak hat im Gegensatz zu synthetischen Kältemitteln kein globales Erwärmungspotential und trägt daher nicht zum Treibhauseffekt bei.“

Auch bei den Olympischen Spielen in London kommt Ammoniak als Kältemittel zum Einsatz. Ein großes Energiezentrum versorgt die Einrichtungen rund um das Gelände des Olympischen Parks. Benötigte Kälte wird durch eine Kombination aus elektrisch betriebener Kompressionskältemaschine und einer Absorptionsanlage erzeugt, die die Abwärme des Energiezentrums nutzt.

Längst haben Betreiber von Sport- und Freizeiteinrichtungen auch abseits von Olympia natürliche Kältemittel für sich entdeckt.

Kombinierte Kälte- und Klimaanwendung im Sportpark Kitzbühel

Auf einer Fläche von 4500 m² bietet der Mercedes-Benz Sportpark in Kitzbühel nicht nur Raum für das tägliche Sport- und Freizeitvergnügen, sondern richtet auch Schulsportveranstaltungen, Trainingslager und Profiwettkämpfe sowie Sport-, Kultur- und Firmenevents aus.

Bei der Planung einer neuen Eissportanlage, die auf dem Gelände des Sportparks errichtet werden sollte, sah das Konzept des Architekten den Zusammenschluss der bereits bestehenden Tennishalle mit der neuen Eishalle vor. Aus diesem Grund schrieb die Stadt Kitzbühel einen Wettbewerb einschließlich der Planung der Anlagen aus. Die zu installierende Kälteanlage sollte ein Eishockeyfeld (1800 m²), eine Curlingbahn (600 m²) und eine mobile Freieisfläche (600 m²) versogen.

Darüber hinaus wünschte die Bauherrin die komplette Klimatisierung des Sportkomplexes (Eis- und Curlinghallen, Kegeln, Klettern, Tennis und Restaurant) mit einer Kälteanlage. Die Curlingbahn und die Klimatisierung mussten für den ganzjährigen Betrieb ausgelegt sein, um ein Bundesleistungszentrum für Curling – das einzige seiner Art in Österreich – zu realisieren. Neben einer energetisch optimalen und klimaneutralen Auslegung war insbesondere eine sehr geringe Temperaturspreizung auf der kompletten Curlingbahn gefragt. Die sehr spezifischen Temperaturanforderungen beim Curlingbetrieb sind auf eine sehr sensible Sportart zurückzuführen, die wegen der vielen taktischen Finessen auch als „Schach auf dem Eis“ bezeichnet wird.

Die Firma Haas Anlagenbau erhielt den Zuschlag für die komplette Kältetechnik inklusive der Kühlung der Eispisten. Das Unternehmen projektierte und baute eine Ammoniak-Kälteanlage mit Direktverdampfung für den Eishockey- und Curlingbetrieb. Zum Einsatz kommen zwei Kolbenverdichteraggregate von GEA Grasso. Die Kälteleistung beträgt 750 kW. Für die Anlage wurden rund 30000 m Verdampferrohrleitungen verlegt. Neben den energetischen und klimaneutralen Vorteilen von Ammoniak wird insbesondere durch die Direktverdampfung bei der Curlingeisfläche eine geringe Temperaturspreizung über die komplette Eisfläche gewährleistet. Ein sekundärer Glykolkreislauf, der ebenfalls in die Ammoniak-Zentralanlage integriert ist, versorgt die Klimatisierung des Sportkomplexes. An den Kreislauf ist auch die mobile Freieisfläche angeschlossen.

Des Weiteren installierte Haas Anlagenbau zwei verschiedene Temperaturniveaus zur Wärmerückgewinnung aus der Kälteerzeugung. Die Abwärme wird für Klimatisierungsaufgaben und zur Schneegrubenabtauung genutzt. Zusätzlich realisierten die Kälteprofis eine Möglichkeit der Fernüberwachung für die Kälteanlage, so kann neben der Wartung vor Ort auch eine Online-Betreuung stattfinden. Da sich der komplette Sportkomplex mitten in Kitzbühel befindet, entwickelten die Anlagenbauer in Zusammenarbeit mit den österreichischen Behörden und der Kitzbüheler Feuerwehr zudem ein entsprechendes Sicherheitskonzept für die Ammoniak-Kälteanlage. Seit nunmehr vier Jahren läuft die Kälteanlage zur vollen Zufriedenheit des Betreibers.

Unterwasserwelten – mit natürlichen Kältemitteln umweltfreundlich gekühlt

Mitte 2008 eröffnete die Stiftung Deutsches Meeresmuseum das Ozeaneum in Stralsund. Mit seinen riesigen Meerwasseraquarien – das größte Becken fasst 2,6 Mio. l Wasser – ermöglicht der spektakuläre Museumsneubau den Besuchern eine europaweit einzigartige Reise durch die Unterwasserwelt der nördlichen Meere. Insgesamt enthalten die Aquarien im Ozeaneum 6 Mio. l Wasser. Wesentlicher Aspekt bei der Planung des Unterwassermuseums auf der Stralsunder Hafeninsel war der umweltfreundliche Bau und Betrieb des Hauses.

Auch die benötigte Kältetechnik für die Wasserkühlung der Aquarien und die Klimatisierung des Gebäudes sollte den hohen ökologischen Ansprüchen Rechnung tragen. Aus diesem Grund beauftragte die zuständige SWS-Energie GmbH, ein Tochterunternehmen der Stadtwerke Stralsund, die Johnson Controls Systems & Service GmbH mit der Konzeption und Installation einer nachhaltigen und energieeffizienten Kälteanlage. Das System sollte Wasserdampfschwaden in Folge der Verdunstungskühlung weitestgehend vermeiden und die Lärmbelastung möglichst gering halten.

Insgesamt benötigt das Museum eine Kälteleistung von 900 kW, wovon 400 kW auf die Aquariumstechnik und 500 kW auf die Gebäudeklimatisierung entfallen. Die Kälteversorgung erfolgt über Kaltwasser mit einer Vorlauftemperatur von 6 °C und einer Rücklauftemperatur von 12 °C. Um eine sichere und nachhaltige Kälteversorgung des Museums zu gewährleisten, entschieden sich die Kälteexperten von Johnson Controls für eine einstufige Ammoniak-Kälteanlage mit überfluteter Verdampfung. Diese besteht aus zwei getrennten Chill-Pac-Kühlsätzen und zwei Hybrid-Verdunstungs-Verflüssigern zur Kaltwasserkühlung. Um auch im Falle einer Störung eine hohe Kälteleistung gewährleisten zu können, wählten die Kälteexperten für die beiden Chill-Pac-Kühlsätze eine Leistung von jeweils 730 kW und installierten sie zusammen mit dem Hauptschaltschrank in einem separaten Maschinenraum im Erdgeschoss der Energiezentrale. Die direkte Verflüssigung erfolgt über die beiden auf dem Dach des Gebäudes aufgestellten Jäggi-Hybridkühler mit einer Leistung von jeweils 850 kW.

Die beiden Sabroe-Kolbenverdichteraggregate können bei Bedarf unabhängig voneinander betrieben werden, sodass auch bei Ausfall eines Verdichters noch gut 80 % der benötigten Gesamtkälteleistung durch das verbliebene Aggregat bereitgestellt werden kann. Jeder Verdichter ist mit einer Leistungsregulierung ausgerüstet und gewährleistet dadurch einen besonders energieeffizienten Betrieb der Anlage. Dabei werden die Leistungsstufen über entsprechende Leistungsmagnetventile angesteuert und betätigt. Zusätzlich ist jeder Verdichter über einen Frequenzumformer drehzahlgeregelt. So werden bei Leistungsanforderung die Leistungsstufen fortlaufend zugeschaltet und die Drehzahl erhöht. Bei Leistungsreduzierung werden die Leistungsstufen entsprechend zurückgeschaltet und die Verdichterdrehzahl reduziert. Da die benötigte Gesamtkälteleistung von 900 kW bereits bei 60 % der Leistung der beiden Chill-Pac-Kühlsätze erreicht wird, konnten die Kälteexperten die Lärmbelastung erheblich reduzieren. Darüber hinaus ermöglicht dieser Leistungspuffer, dass die Hybridkühler bei Nennlast bis zu einer Außentemperatur von 21,5 °C trocken betrieben werden können und somit über dem Gebäude keine Wasserdampfschwaden durch Verdunstungskühlung entstehen.

Europas einzige Eishochbahn – umweltfreundlich gekühlt

Am 1. Oktober 2011 eröffnete in Köln der neue Lentpark mit Eishalle und Hallenschwimmbad. Eine besondere Attraktion ist die in Europa bislang einzigartige 260 m lange, als Galerie um die Halle führende Eishochbahn im ersten Stock, von der aus sich den Eisläufern Blicke auf die untere, 1800 m² große Eisarena, ins Schwimmbad sowie in die Gastronomie bieten.

Hauptforderung der KölnBäder GmbH für den Neubau auf dem Gelände eines alten Eis- und Schwimmstadions war eine energieeffiziente Kälteerzeugung. Aus diesem Grund konzipierte die Gesellschaft für Kältetechnik-Klimatechnik mbH (GfKK mbH) sowohl die Eishochbahn als auch die Eishalle als Direktverdampfungssystem mit dem natürlichen Kältemittel Ammoniak. Sie installierte eine zentrale Kälteerzeugungsanlage mit einer Gesamtkälteleistung von 819 kW. Die Kältemittelfüllmenge beträgt 7000 kg NH₃. Zum Einsatz kommen drei Kolbenverdichter von GEA Grasso. Die Abwärme wird energieeffizient für die Erwärmung von Brauchwasser, Schneegrubenabtauung und Unterfrierschutz genutzt. Übrige Abwärme gelangt mit einem luftgekühlten Verflüssiger mit EC-Ventilatoren nach außen. Die Kälteversorgung für die Hochbahn ist so konzipiert, dass auch bei unterschiedlichen Rahmenbedingungen und Wärmelasten eine gleichmäßige Eisqualität gegeben ist. Die Anlage selbst verfügt über eine zentrale GfKK-Steuerung mit Visualisierung.

Einsatzbereiche natürlicher Kältemittel

Auch in anderen Anwendungsbereichen trumpfen natürliche Kältemittel olympiaverdächtig auf: Die britische Einzelhandelskette Marks & Spencer errichtete im Olympischen Dorf ein neues Kaufhaus, welches bei der Kühlung ausschließlich auf die natürlichen Kältemittel Kohlendioxid und Propan zurückgreift. Und die Firma Coca Cola verwendet nur Getränkekühler, die ohne die treibhauseffektfördernden Fluorkohlenwasserstoffe (FKWs) betrieben werden. „Nicht jedes natürliche Kältemittel ist für eine bestimmte Anwendung geeignet,“ weiß Monika Witt, „aber durch die verschiedenen Eigenschaften von Ammoniak, Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffen bieten sich heute für alle Anwendungsbereiche auch Möglichkeiten zur energieeffizienten und umweltfreundlichen Kühlung mit natürlichen Alternativen“, erklärt die eurammon Vorstandsvorsitzende. „Damit sind sie als Kältemittel eindeutig gold-verdächtig.“