In den letzten zehn Jahren hat das neuseeländische Kälteunternehmen CoolLogic nur sehr wenige F-gas-Anlagen für seine Industriekunden installiert.
„Wenn wir hinsichtlich der Einhaltung von Vorschriften in die Enge getrieben werden oder es sich um einen bestehenden Standort handelt, den wir nachrüsten, werden wir eine sehr geringe Menge an synthetischem Kältemittel einfüllen, aber das geschieht nur, wenn wir absolut keinen anderen Ausweg haben“, sagte Troy Ireland, Geschäftsführer des Geschäftsbereichs Kältetechnik. „Bei einem Neubauprojekt kommt jedoch entweder CO₂ [R744] oder Ammoniak [R717] zum Einsatz.“
Die neuseeländische Regierung hat sich proaktiv für die Regulierung von HFKWs eingesetzt und den Weg für natürliche Kältemittel geebnet. Es ist eines der wenigen Länder weltweit, das Importe von HFKW-haltigen Produkten mit einer Steuer belegt.
Ireland, der seit 38 Jahren in der industriellen Kältetechnik tätig ist, sprach mit NaturalRefrigerants.com auf der 17. IIR-Gustav-Lorentzen-Konferenz über natürliche Kältemittel, die vom 23. bis 26. August in Hamilton, Neuseeland, stattfand.
Das in Christchurch ansässige Unternehmen CoolLogic, ursprünglich unter dem Namen Hawkins Refrigeration bekannt, wurde 1977 gegründet und 1999 an Irland verkauft. Er leitete das Unternehmen bis 2014, als es an die Horizon Energy Group verkauft wurde; 2016 erfolgte die Umfirmierung in CoolLogic. In den letzten zehn Jahren hat das Unternehmen Übernahmen getätigt und seine Geschäftstätigkeit in ganz Neuseeland ausgebaut.
CoolLogic bedient eine breite Palette von Branchen: Fleisch, Milchprodukte, Geflügel, Kühllagerung, Weinbau, Brauerei, Freizeit und Bildung. Zu seinen zahlreichen namhaften Industriekunden zählen Frontera, Silver Fern Farms, die Alliance Group, Sealord und die Talley’s Group.
„Wir sind sehr stolz darauf, sagen zu können, dass wir in allen Bereichen der natürlichen Kältemittel über fundiertes Fachwissen verfügen.“
Troy Ireland, CoolLogic
„Ob es sich nun um Äpfel, Kiwis, Fisch, rotes Fleisch oder was auch immer handelt – ganz gleich, welche Anforderungen bestehen, wir entwerfen und bauen spezifische Kühlsysteme für sie“, sagte Ireland. CoolLogic arbeitet für praktisch jedes Unternehmen der roten Fleischbranche in Neuseeland, und „diese entwickeln sich recht zügig.“ Die Kiwi-Branche „war beeindruckend – wir haben dort wahrscheinlich 25 Megawatt Kühlleistung installiert.“
CoolLogic entwickelt eine breite Palette industrieller Kälteanlagen, darunter Ammoniak-Anlagen (Overfeed-, Low-Charge-DX- und Glykol-Kaltwassersätze), Ammoniak in Kombination mit CO₂ (sekundär oder kaskadiert) sowie transkritisches CO₂. Das Unternehmen hat zudem Anlagen mit Propan (R290) entwickelt. „Wir sind sehr stolz darauf, sagen zu können, dass wir in allen Bereichen der natürlichen Kältemittel tätig sind“, sagte Ireland.
In den letzten Jahren, so Ireland, habe CoolLogic zwei groß angelegte Ammoniak-Anlagen mit Pumpen-Overfeed installiert. Eine für das Unternehmen gängigere Ammoniak-Konfiguration sei die mit geringer Füllmenge in Kombination mit sekundärem CO₂ oder Glykol, von der es bereits weitaus mehr Installationen gebe.
Darüber hinaus hat das Unternehmen im vergangenen Jahr ein subkritisches Ammoniak/CO₂-Kaskadensystem im Megawatt-Maßstab in Betrieb genommen (ein weiteres ist in Planung) sowie in den letzten Jahren eine Reihe weiterer Kaskadensysteme. Zudem hat CoolLogic in den letzten Jahren mehrere transkritische Anlagen installiert.
CoolLogic entwirft praktisch alle seine Kälteprojekte selbst; nur ein oder zwei pro Jahr werden von einem Berater durchgeführt. Die Wahl des Kältemittels und des Systems basiert in der Regel auf der Empfehlung von Ireland. „Ich sage dann: ‚Das ist die Richtung, die wir meiner Meinung nach einschlagen sollten, und das sind die Gründe dafür.‘“ Zu den Faktoren, die er abwägt, gehören die Leistung (400 kW/114 TR ist der Ausgangspunkt für Ammoniak, bei CO₂ liegt sie in der Regel darunter), die Kosten, der Wirkungsgrad, die erwartete Lebensdauer der Anlage, die Frage, ob sie wasser- oder luftgekühlt ist, die Sicherheit sowie die Art des Projekts – ob es sich um ein Greenfield- oder ein Brownfield-Projekt handelt. „Es ist ein Balanceakt; es ist, als müsste man alle Speichen eines Rades ausfüllen, um die Balance zu erreichen“, sagte er.
Ammoniak-Konstruktionen
Ireland lieferte Einzelheiten zu seinen Systemen mit natürlichen Kältemitteln. Beispielsweise könnte in einem Ammoniak-/Sekundär-CO₂-System das Ammoniak bei -42 °C (-44 °F) verdampfen, wodurch das CO₂ bei -40 °C (-40 °F) zirkulieren könnte – ein „Zwei-Grad-Ansatz“.
„Das sekundäre CO₂ eignet sich in dieser Anwendung hervorragend, da es kein Öl enthält und flüchtig ist“, erklärte er. „Wir leiten es als Flüssigkeit aus, und es kehrt als gesättigter Dampf zum Abscheider zurück. Anschließend kondensieren wir es mithilfe eines Thermosiphons wieder im Abscheider. Das funktioniert hervorragend.“ Die Donut Factory ist einer der Kunden für diese Anwendung.
Eine Herausforderung bei Ammoniak/sekundärem CO₂ ist die Abtauung. Hierfür setzt CoolLogic eine warme Glykolflüssigkeit in Verbindung mit großen Verdampferwendeln und zusätzlichen Kreisläufen ein, was die Kosten des Systems erhöht. „Es ist ein sehr gutes System, sehr effizient, das kostenlose Abwärme nutzt!“, sagte er.
Ammoniak/CO₂-Kaskadensysteme, bei denen CO₂ komprimiert wird, kommen typischerweise in groß angelegten Niedertemperaturprojekten zum Einsatz. Bei einer Anlage in Auckland für Americold, einem weltweit tätigen Kühlhausbetreiber, entwarf CoolLogic ein Kaskadensystem, bei dem Glykol als sekundäres Verflüssiger-Medium zwischen Ammoniak und CO₂ eingesetzt wurde; Dadurch wird verhindert, dass Ammoniak und CO₂ in Gegenwart von Wasser in Kontakt kommen und Ammoniumcarbonat bilden – ein Kristall, der das System blockieren würde.
„Es wird einen großen Markt für halbhermetische Schrauben-Verdichter mit einer geringen Ammoniakfüllung geben.“
Troy Ireland, CoolLogic
Viele Ammoniak-/Kaskadensysteme verwenden jedoch einen Mantel-Platten-Wärmetauscher ohne Glykol als Zwischenmedium, was den Wirkungsgrad verbessert. „Es ist ein Kompromiss“, sagte er. „Möchten Sie aus Sicherheitsgründen auf Nummer sicher gehen oder legen Sie Wert auf Effizienz?“
Die direkte Ammoniak-CO₂-Kaskade ohne dazwischenliegendes Glykol, kombiniert mit einer Heißgas-Abtauung, ist das von Ireland bevorzugte System. „Dieses System funktioniert sehr gut“, sagte er. „Soweit ich weiß, sind wir die Ersten, die dies umsetzen.“ Lineage Logistics, ein weiterer global tätiger Kühlhausbetreiber, nutzt dieses System.
Glykol kann auch als Sekundärflüssigkeit in Ammoniak-Kaltwassersätzen für den Mitteltemperaturbereich dienen. Bakker Bulbs, ein Produzent von Lilien- und Tulpenpflanzen, setzt einen von CoolLogic entwickelten Ammoniak-Glykol-Kaltwassersatz ein. Das System verfügt über halbhermetische Schrauben-Verdichter ohne Wellendichtungen, eine Leistung von 750 kW (213 TR) und eine Ammoniakfüllung von lediglich 65 kg (143 lbs). Es ist in einem 4,9 mal 12 m (16 mal 39 ft) großen Technikraum untergebracht, der aus zwei miteinander verbundenen Schiffscontainern besteht; der Raum entspricht der neuseeländischen Sicherheitsklasse IL (Importanzstufe) 3, was bedeutet, dass er Naturkatastrophen wie Erdbeben standhalten kann.
Die halbhermetischen Schrauben-Verdichter bilden ein geschlossenes System, das das Risiko von Ammoniaklecks minimiert. „Es wird einen großen Markt für halbhermetische Schrauben-Verdichter mit einer geringen Ammoniak-Füllmenge geben“, sagte Ireland. „Genau das habe ich entwickelt. Allein im letzten Jahr haben wir drei solcher Anlagen installiert.“
In seinen herkömmlichen Systemen, die ausschließlich mit Ammoniak arbeiten und auf Flüssigkeitsüberfütterung basieren, setzt CoolLogic eine Expansionsvorrichtung wie ein Danfoss-Ventil ein, um die verwendete Ammoniakmenge zu reduzieren. „Direktes Ammoniak im Feld ist nach wie vor ein sehr effektives Kältemittel, und das in großem Maßstab“, sagte Ireland. „Wir haben eine Anlage, in der wir 17 Tonnen [37.479 Pfund] Erbsen pro Stunde verarbeiten, und dort wird direktes Ammoniak mit Überfütterung in den Arbeitskreislauf gepumpt. Doch aufgrund von Gesundheits- und Sicherheitsbedenken sehen wir dies immer seltener.“
Der Auftragnehmer hat damit begonnen, DX-Ammoniak-Systeme (Direct Expansion) zu entwerfen – eine Konfiguration, die in Australien bereits weit verbreitet ist.
Großangelegtes CO₂-System
Eines der Vorzeigeprojekte von CoolLogic in Neuseeland war eine transkritische CO₂-Kälteanlage mit einer Leistung von 5 MW (1.422 TR) für Maersk, ein weltweit tätiges Schifffahrtsunternehmen, in dessen neuer, 18.000 m² (193.750 ft²) großen Kühlhausanlage in der Nähe von Hamilton, die 2024 eröffnet wurde. Es handelt sich dabei um eines der größten transkritischen CO₂-Systeme weltweit. „Das war ein großer Erfolg für uns“, sagte Ireland.
Aufgrund der hohen Kapazität des Projekts empfahl Ireland zumindest einen teilweisen Einsatz von Ammoniak, doch Maersk bestand darauf, ausschließlich transkritisches CO₂ zu verwenden, das vom Erstausrüster Advansor geliefert wurde. (Sowohl Advansor als auch Maersk haben ihren Hauptsitz in Dänemark.) CoolLogic entwarf ein CO₂-System mit adiabatischen Gaskühlern, die sich in unmittelbarer Nähe der Kühlräume, der Schockfroster und des Bereichs mit Umgebungslast befinden. „Es läuft effizient“, sagte Ireland. „Vielleicht ist es ein- oder zweimal in den transkritischen Bereich übergegangen.“
Für einen anderen Kunden entwarf CoolLogic ein 400-kW- (114-TR) transkritisches CO₂-System, das wassergekühlt ist (unter Verwendung von Grundwasser) und niemals im transkritischen Modus betrieben wird.
Im Allgemeinen bieten die milden Temperaturen in Neuseeland gute Voraussetzungen für den Betrieb von CO₂-Anlagen im subkritischen Modus. Insbesondere die Südinsel „bietet ein hervorragendes Klima für CO₂“, merkte Herr Ireland an.
