Prozessberechnungen für eine CO₂-Anlage zur Kälte- und Wärmeerzeugung für Supermärkte. Teil 2: Begrenzte bzw. keine CO₂-Abkühlung durch Umgebungsluft

In Supermärkten werden CO₂-Prozesse für die Normal- und Tiefkühlung sowie inzwischen auch durch Abwärmenutzung (Wärmerückgewinnung) für die Beheizung und Brauchwassererwärmung eingesetzt. Die Grenzen der Abwärmenutzung sowie ihr Einfluss auf die Kälteerzeugung und das Gesamtsystem werden beispielhaft für einen Supermarkt mit einer Normalkühl-Kälteleistung von 100 kW mittels systematischer thermodynamischer Prozessberechnungen ermittelt. Der Schwerpunkt dieser Untersuchungen liegt auf der Energieeffizienz der zur Erfüllung der Heizaufgabe erweiterten CO₂-Anlage. Durch die Verwendung der Normalkühl-Kälteleistung als Bezugsgröße können die Ergebnisse für Umgebungstemperaturen zwischen − 15 °C und + 10 °C direkt auf Supermärkte anderer Größe übertragen werden.

Im Teil 2 wird eine Anlage mit den Verhältnissen von Tiefkühl- zu Normalkühl-Kälteleistung von 0,2 bzw. 0,4 bei begrenzter sowie keiner CO₂-Abkühlung durch Umgebungsluft untersucht. Die Beiträge der Kälte- und der Wärmeerzeugung werden getrennt aufgeführt für verschiedene Werte des Hochdrucks sowohl für den unterkritischen als auch den transkritischen Betrieb der CO₂-Anlage. Mit den angegebenen Werten für den bereitgestellten Heizwärmestrom (bezogen auf die Normalkühl-Kälteleistung), die Kälteleistungszahl, die Wärmeleistungszahl, die Leistungszahl der Kälte-Wärme-Kopplung sowie die exergetischen Wirkungsgrade der Kälteerzeugung (Normalkühl-, Tiefkühl- und Gesamtkälte), der Wärmeerzeugung und der Kälte-Wärme-Kopplung werden wichtige Angaben für die Auslegung und den Betrieb der CO₂-Anlage zur Verfügung gestellt. Damit lassen sich für den untersuchten CO₂-Kälteprozess mit Abwärmenutzung abhängig von der Umgebungstemperatur optimale Betriebsbedingungen auswählen. Außerdem kann in der Planungsphase entschieden werden, ob ein ergänzendes Heizsystem erforderlich ist oder die Abwärmenutzung der Kälteanlage alleine zur Deckung des Wärmebedarfs ausreicht.