Laut Henrik Kudsk, Produktmanager bei HB Products
, könnte die Steuerung mittels
Dampfsensoren den Energieverbrauch im Teillastbetrieb von Kälteanlagen um rund 40 % senken – im Vergleich zu selbstregulierenden Systemen, die auf Volllasteffizienz ausgelegt sind.
Der dänische Komponentenhersteller produziert Sensoren für industrielle und gewerbliche Kälte- und Wärmepumpenanwendungen und beliefert vor allem Großanlagen mit einer Leistung von 500 kW (142,2 TR) oder mehr. Seine kältemittelunabhängigen Produkte bieten Verdampfer-, Füllstands- und Ölmanagement-Regelungen für Anlagen, die natürliche Kältemittel wie Ammoniak (R717), CO₂ (R744) und Kohlenwasserstoffe verwenden.
„Wir beobachten Ammoniak-Anlagen in Europa, Südamerika und den USA, bei denen die Anlagenbauer einfach dasselbe Flüssigkeitspumpensystem verwenden möchten wie vor 20 Jahren“, sagte Kudsk. „Mit einer Dampfregelung kann man ein kleineres System mit weniger Ammoniak realisieren und dennoch denselben Wirkungsgrad und dieselbe Leistung wie bei dem größeren, ungeregelten System erzielen.“
Im Jahr 2025 integrierte ein deutsches Kühlhaus die Dampfsensorregelung von HB Products in eine Ammoniak-Kälteanlage mit direkter Expansion (DX). Im Vergleich zu einem ähnlichen Standort in der Nähe, der mit einer Flüssigkeitszufuhr mittels Pumpe arbeitet, senkte das System laut HB Products den Energieverbrauch um 23 %.
Kudsk sprach kürzlich mit NaturalRefrigerants.com über die Integration der Dampfsensorregelung von HB Products in neue und bestehende Anlagen sowie über Markttrends für Anwendungen weltweit.
Das Interview wurde aus Gründen der Länge und der Verständlichkeit redaktionell bearbeitet.
Welche Effizienzprobleme sehen Sie, und wie kann Ihre Technologie den ganzjährigen Betrieb verbessern?
Henrik Kudsk: Die Technologie, insbesondere für großtechnische Ammoniak-Anlagen, ist bereits so lange etabliert, dass Anlagenbauer routiniert konventionelle Systeme nachbauen, die auf Effizienz bei Volllast ausgelegt sind und über einen großen Behälter sowie eine Pumpe verfügen, die die Verdampfer mit flüssigem Ammoniak versorgen. Kühlhäuser werden jedoch in der Regel nur während der Sommermonate unter Volllast betrieben, wenn große Mengen an Waren in die Anlage gelangen. In industriellen Verarbeitungsanwendungen können die Gefrierlasten zudem erheblich schwanken: Zu Beginn des Gefrierprozesses treten hohe Lasten auf, gefolgt von geringeren Lasten, da dem Produkt zunehmend Wärme entzogen wird und sich die Last in Richtung Temperaturerhaltung verlagert.
Im Teillastbetrieb steht weniger Wärme für die Verdampfung des Kältemittels zur Verfügung. Wenn die Flüssigkeitszufuhr nicht deutlich reduziert wird, verlässt mehr Flüssigkeit den Verdampfer und muss zum Pumpenseparator zurücktransportiert werden. Da der Verdichter der Antrieb für diesen Prozess ist, muss er stärker arbeiten und verbraucht dadurch mehr Energie als nötig.
Unser System besteht aus einem Sensor, der die aus dem Verdampfer austretende Flüssigkeitsmenge misst, und einer SPS-Steuerung, die anhand dieses Messwerts die Flüssigkeitszufuhr zum Verdampfer über ein Regelventil regelt. Wir halten die aus dem Verdampfer austretende Flüssigkeitsmenge konstant. Dies bezeichnen wir als Dampfqualitätsregelung, und sie funktioniert bei allen Kältemitteln und bei jeder Umwälzrate. Durch die Dampfregelung kann der Verdampfer bei Teillast eine höhere effektive Kühlleistung bereitstellen, da die Flüssigkeitszufuhr besser auf die verfügbare Wärmelast abgestimmt ist, was die Wärmeübertragung verbessert.
Gilt Ihre Lösung sowohl für Neubauten als auch für Nachrüstungen?
HK: Selbstverständlich lässt sich die Technologie leichter implementieren, wenn Sie von Grund auf neu beginnen. Einer der größten Vorteile bei Nachrüstungen besteht jedoch darin, dass Sie bei einer Kälteanlage, die für eine Erweiterung Ihrer Produktionsstätte zu klein ist, die Leistung des Systems tatsächlich steigern und mithilfe unserer Dampfsensor-Regelungen weitere Verdampfer hinzufügen können. Mit unseren Sensoren können Sie einen kleineren Abscheider verwenden, da Sie nicht so viel flüssiges Kältemittel in den Saugleitungen halten müssen.
Nachrüstungen bei großen Anlagen sind komplizierter, da der leistungsschwächste Verdampfer den erforderlichen Saugdruck bestimmt. Das bedeutet, dass Sie einen einzelnen Verdampfer nicht optimieren und keine großen Einsparungen erzielen können, es sei denn, er stellt den Engpass dar. Sie müssen das gesamte System analysieren und abbilden, um einen optimalen Betrieb zu erreichen.
Die Entwicklung des Steuerungsalgorithmus für den Dampfsensor für einzelne Anwendungen erfordert Aufwand und gewisse Kosten; bei großen Anlagen sind diese Kosten jedoch im Vergleich zu den Energieeinsparungen verschwindend gering. Bei Anlagen mit einer Betriebsdauer von 20 bis 30 Jahren kann eine Energieeinsparung von 40 % eine enorme Geldsumme ausmachen.
Welche Trends beobachtet HB Products weltweit auf dem Markt für industrielle Kältetechnik? An welchen Projekten sind Sie beteiligt?
HK: Derzeit ist Australien der größte Markt für unsere Dampfsensoren. Dort werden DX-Ammoniak-Systeme gebaut, bei denen das gesamte flüssige Kältemittel verdampft wird. Anstelle eines abschließenden Niederdruck-Flüssigkeitsabscheiders setzen sie unseren Sensor ein, um sicherzustellen, dass kein – oder nur ein winziger Rest – Flüssigkeit den Verdampfer verlässt. Bei DX-Systemen ermöglicht der Sensor im Vergleich zur Überhitzungsregelung Energieeinsparungen von etwa 20 % bei Volllast und 50 % bei Teillast.
Neben Kühlhaus- und Industrieanwendungen in Europa und den USA sehen wir viele Ammoniak-Anlagen in lateinamerikanischen Ländern wie Kolumbien, Chile und Mexiko, insbesondere in der Lebensmittelverarbeitung. Wir unterstützen zudem Projekte mit Propan [R290] und Butan [R600], da das Geschäft mit Kohlenwasserstoffen rasant wächst. Letztendlich möchten wir Auftragnehmern und Endnutzern – wo auch immer sie sich befinden – verdeutlichen, dass die Installation großer Kälteanlagen ohne Dampfregelung zwar anfangs etwas kostengünstiger sein mag, der Energieverbrauch jedoch deutlich höher ausfallen kann.
Die Technologie findet auch über den Bereich der Kältetechnik hinaus Anwendung. Unser Dampfqualitätssensor wurde in einer riesigen Wärmepumpe in der Schweiz installiert. Aus Effizienzgründen möchten die Ingenieure wissen, mit welcher Flüssigkeitsmenge sie es zu tun haben. Es ist schwierig, etwa 3 mm (0,1 Zoll) noch siedendes Ammoniak am Boden eines großen Rohrs zu messen, während sich das Gas mit einer Geschwindigkeit von 25 m/s (82 ft/s) bewegt. Mit unserem Sensor können wir einen Messwert ermitteln und den Füllstand sowohl bei Volllast als auch bei Teillast aufrechterhalten.
